单前轮导向单后轮驱动篱架型喷雾车车架有限元分析及结构优化

论文摘要

车架作为整车总成的一部分,承受着来自道路的各种复杂载荷作用,并且车辆上许多重要总成件都是以车架为安装载体,因而车架的强度和刚度在总体设计中起了非常重要的作用。通过有限元法对车架结构进行性能分析,在设计时考虑车架结构的优化,对提高整车的各种性能,降低设计与制造成本,增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。本文以国家863计划项目(2008AA100904)宽度可调新型篱架型喷雾车底盘车架为对象,首先利用CATIA软件建立了车架结构的几何模型,利用ANSYS有限元软件,建立了基于梁单元的车架结构有限元模型并对模型进行了适当的简化。在有限元模型的基础上,对车架结构的典型工况进行了静态性能分析与研究,分别讨论了该车架在弯曲工况和扭转工况下的强度分析和刚度分析。分析结果表明,该车架的应力值小于材料的强度极限,满足设计的要求,但整体应力水平相对比较低,材料利用率不高,所以经济性不是很好,但这为后续的结构优化提供了理论依据。本文还进行了车架的模态分析,计算出该车架结构的固有频率和相应的模态振型。分析结果表明,该车架结构的固有频率避开了外部激励频率,说明结构合理。同时,本文还进行了静态试验,试验结果与计算结果基本吻合,因此有限元分析的数值结果能够用于车架设计分析过程中的指导。在对车架结构的性能进行了分析与研究的基础上,通过建立车架结构的参数化模型,针对车架的截面尺寸,以车架结构的重量为目标进行了优化设计,优化结果表明,车架重量有较大的减轻,得到了车架结构轻量化的理想结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及背景
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 研究目的及意义
• 1.4 课题研究内容与方法
• 第二章 有限元法理论及ANSYS软件介绍
• 2.1 有限元法理论
• 2.1.1 有限元法的基本思想
• 2.1.2 有限元法的基本理论
• 2.1.3 有限元分析中的几个重要问题
• 2.1.4 有限元分析的流程
• 2.1.5 车架分析求解步骤
• 2.2 ANSYS软件简介
• 2.2.1 ANSYS的组成
• 2.2.2 ANSYS有限元的求解过程与步骤
• 2.2.3 ANSYS的主要技术特点
• 2.3 本章小结
• 第三章 车架模型建立
• 3.1 车架结构概述
• 3.2 车架结构分类
• 3.2.1 承载式车架
• 3.2.2 非承载式车架
• 3.3 结构建模及性能分析
• 3.3.1 结构模型建立
• 3.3.2 车架性能分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 车架有限元分析
• 4.1 有限元模型建立
• 4.2 车架静态性能分析
• 4.2.1 分析原理及过程
• 4.2.2 强度分析
• 4.2.3 刚度分析
• 4.3 车架结构模态分析
• 4.3.1 模态分析的基本思想
• 4.3.2 模态分析的理论基础
• 4.3.3 模态分析在ANSYS中的实现
• 4.3.4 模态计算结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 喷雾车车架的静态电测实验
• 5.1 电测试验原理
• 5.2 实验目的及要求
• 5.3 使用仪器及试验方案
• 5.4 测试内容
• 5.5 测试结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 车架结构的优化设计
• 6.1 优化设计理论
• 6.2 优化设计基本概念
• 6.3 优化设计的过程
• 6.4 优化结果和分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢