基于有限元法的电动车车架结构分析及优化

论文摘要

车架作为汽车的承载基体，一方面，连接着汽车的各总成，使各总成保持相对正确的位置；另一方面，承受着行驶过程中的各种复杂载荷。因此，车架的结构性能很大程度上决定了整车质量的好坏。有限元法是车架设计中的关键技术，目前国内以有限元为基础的车架结构设计研究主要集中在保证车架足够的强度、刚度，以及合理的振动特性的前提下，实现其轻量化。本文以某电动车公司生产的QJJW50型流动警务室为研究对象，以有限元理论为基础，综合使用三维实体建模、有限元结构分析技术，对车架进行了全面的性能分析和研究。在对车架进行了合理的简化后，使用UG建立车架的三维实体模型，随后综合应用CAE软件HyperMesh、ANSYS建立了车架的有限元分析模型。论文根据电动车的实际使用情况，选取满载弯曲和满载扭转两种工况，对车架进行静力学分析，得到车架相应的应力和应变。分析结果表明，车架的刚度和强度满足设计要求。为避免共振的发生，论文分析车架在自由边界条件下的动态响应特性，得到该车架的十三阶固有频率和振型，然后进行了模态评价，结果表明该电动车的动态性能合理。运用ANSYS中的优化模块对车架进行了参数化建模，以车架的纵梁的截面尺寸为设计变量，以变形量为约束条件，对以车架的总重量为目标函数的车架结构进行了优化设计，在满足强度和刚度要求条件下，使车架质量减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容及意义
• 1.3.1 本文研究内容
• 1.3.2 本文研究意义
• 第2章 车架实体模型的建立
• 2.1 车架概述
• 2.1.1 车架的分类
• 2.1.2 车架的要求
• 2.2 建模软件 UG 介绍
• 2.3 实体建模的单位问题及简化技术
• 2.3.1 单位制问题及材料特性
• 2.3.2 三维模型的简化处理
• 2.4 建立车架实体模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 车架有限元建模
• 3.1 有限元法简介
• 3.1.1 弹性力学基础理论
• 3.1.2 有限元法分析的过程
• 3.2 有限元建模软件介绍
• 3.2.1 HyperMesh 简介
• 3.2.2 ANSYS 简介
• 3.3 车架有限元模型的建立
• 3.3.1 有限元单元的选取
• 3.3.2 几何清理
• 3.3.3 网格划分
• 3.3.4 网格质量检查
• 3.3.5 单元属性
• 3.3.6 有限元模型的导出
• 3.4 本章小结
• 第4章 车架静力学分析
• 4.1 引言
• 4.2 车架基本载荷的确定
• 4.3 车架满载弯曲工况分析
• 4.3.1 弯曲刚度计算结果及评价
• 4.3.2 弯曲强度计算结果及评价
• 4.4 车架满载扭转工况分析
• 4.4.1 扭转刚度计算结果及评价
• 4.4.2 扭转强度计算结果及评价
• 4.5 强度校核
• 4.6 改进方案的提出
• 4.7 本章小结
• 第5章 车架结构的模态分析
• 5.1 引言
• 5.2 模态分析的理论基础
• 5.3 ANSYS 模态分析的基本方法和步骤
• 5.4 汽车模态分析的评价指标
• 5.5 车架模态计算结果及分析
• 5.5.1 模态计算结果分析
• 5.5.2 车架模态结果分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 车架的优化设计
• 6.1 引言
• 6.2 结构优化设计
• 6.2.1 结构优化的概述
• 6.2.2 结构优化的基本理论
• 6.3 ANSYS 结构优化设计介绍
• 6.3.1 ANSYS 优化设计的步骤
• 6.3.2 ANSYS 的基本优化方法
• 6.4 车架的优化方法
• 6.4.1 车架的优化处理
• 6.4.2 车架优化的 APDL 程序命令流
• 6.5 优化结果
• 6.6 结果分析
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢