重型载货车底盘主要总成的有限元分析研究

论文摘要

随着我国经济全球化进程的不断加快,我国对国际能源及原材料市场的依赖程度在不断加深。国际原油及工业原材料价格的不断攀升,对我国的经济发展造成了极大的负担。汽车作为能源消耗大户,其节能与否已直接影响到我国整体的能源消耗水平,国家对此高度重视。由于汽车轻量化对节能增效的巨大意义,国际各大汽车生产商都在尽可能的情况下减轻车身质量,汽车的轻量化设计技术已经成为目前汽车研究领域的研究热点之一。车架作为汽车的承载基体,安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成,承受着传递给它的各种力和力矩。车架工作状态比较复杂,无法用简单的数学方法对其进行准确的分析计算,而采用有限元方法可以对车架的静动态特性进行较为准确的分析,从而使车架设计从经验设计进入到科学设计阶段。本研究结合工程实例,在介绍了有限元法基本思想、理论和方法后,对车架、车桥、钢板弹簧悬架进行建模,并对其进行静态刚度和强度分析,了解车架在多种工况下的应力、位移分布情况。结合整车的动静态测试试验结果,将有限元模型与实际结构进行了对比分析,并进行了模型修正,提高模型的准确度。利用修正后的模型对车架进行模态分析,提取出其前十阶非零模态频率和振型,并对车架的动态性能进行评价。通过对车架进行初步拓扑优化,以了解车架的大致传力路线,得到车架的局部结构的布置情况,为车架的轻量化设计进一步提供依据。所有分析结果显示车架的刚度和强度有很大裕量,具有轻量化空间。最后通过类比的方式,在不改变车架的生产工艺的基础上,提出了两种改进方案,并对改进后模型进行强度校核,保证车架满足设计要求,实现了车架的重量减轻的目的。通过本文的研究,较好的解决了该重型载货汽车车架偏重的问题,取得了良好的经济效益和社会效益,另一方面为企业储备了宝贵的重型载货汽车车架数值模型和相关技术数据。同时,本文运用了有限元方法,进行了有益的尝试,具有较强的学术和实用意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 选题的目的与意义
• 1.3 车架有限元技术的发展现状及趋势
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内发展现状
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 有限元方法基本理论及软件介绍
• 2.1 前言
• 2.2 有限元方法的基本理论
• 2.2.1 壳体单元理论——SHELL63 单元特性
• 2.2.2 空间梁理论——BEAM188 单元特性
• 2.2.3 实体单元理论——SOLID45单元特性
• 2.3 有限元软件的介绍
• 2.3.1 ANSYS 软件的介绍
• 2.3.2 HyperWorks 软件的介绍
• 2.4 本章小结
• 第三章 车架及底盘部分总成有限元模型的建立
• 3.1 重型载货汽车车架概述
• 3.1.1 车架的主要功能及设计要求
• 3.1.2 车架的主要结构型式
• 3.2 车架有限元模型的建模方法研究
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 力学模型的选择
• 3.2.3 车架模型的离散化
• 3.3 在 HyperWorks 中建立有限元模型流程分析
• 3.4 车架有限元模型的建立
• 3.4.1 材料属性
• 3.4.2 弹性元件和约束的处理
• 3.4.3 载荷及其等效简化
• 3.5 车桥和钢板弹簧有限元模型的建立
• 3.5.1 车桥模型的建立
• 3.5.2 钢板弹簧模型的建立
• 3.6 本章小结
• 第四章 车架及底盘部分总成模型修正及静态分析
• 4.1 有限元模型的验证及修正
• 4.2 车架的静态计算分析
• 4.2.1 静态分析理论基础
• 4.2.2 计算工况
• 4.2.3 计算载荷的选择
• 4.2.4 计算结果分析
• 4.2.5 车架刚度和强度校核
• 4.3 车桥和钢板弹簧的有限元计算分析
• 4.3.1 车桥的有限元计算分析
• 4.3.2 钢板弹簧的有限元计算分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 车架的模态分析
• 5.1 引言
• 5.2 模态分析方法
• 5.3 模态分析理论基础
• 5.3.1 多自由度动力方程
• 5.3.2 结构的固有频率和振型
• 5.4 车架的模态分析
• 5.4.1 模态分析模型
• 5.4.2 模态提取方法的选择
• 5.4.3 计算结果
• 5.4.4 车架整体模态评价
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于静态分析与拓扑优化的车架轻量化设计
• 6.1 静态工况下车架的拓扑优化
• 6.1.1 概述
• 6.1.2 拓扑优化方法的选择
• 6.1.3 车架结构拓扑优化模型
• 6.2 轻量化方案的提出
• 6.3 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间参与的科研项目
• 硕士期间发表的论文