基于有限元法的重型载货车车架轻量化研究

论文摘要

运用有限元法对某重型载货车车架进行了静、动态特性分析,并结合试验对比分析,表明本文所建立的有限元模型合理,基本反映了车架实际情况。通过对灵敏部件的板厚修改,完成了该车架的结构参数轻量化设计。通过本课题的研究,主要成果如下:(1)运用HyperMesh建立基于板壳单元的车架结构有限元模型,并对车架结构建模中的关键部位进行了模拟,载荷、约束问题进行了处理。(2)通过电测试验验证了有限元模型的准确性,并为有限元分析提供了实践依据。(3)对车架结构的静态特性进行计算和分析,包括弯曲工况和扭转工况。结果表明该车架具有较好的强度和刚度特性,且存在一定的优化空间。(4)进行模态分析,得到了该车架结构的固有频率和阵型。结果表明该车架结构固有频率能有效避开各种激励源频率,避免发生共振的现象。(5)建立车架结构优化模型,通过对灵敏部件的板厚修改,在保证刚度和强度的前提下,较好的达到了轻量化的目的。本文的研究说明有限元法和Hyperworks软件为车架结构分析和轻量化设计提供了良好的基础理论及方法,对企业在重型车架的设计、检验、改造和优化等方面具有一定的参考价值和指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景
• 1.3 研究目的和意义
• 1.3.1 有利于改善汽车的性能
• 1.3.2 有助于提高汽车设计水平
• 1.4 有限元法在国内外汽车方面的应用和发展概况
• 1.4.1 有限元分析的国内外概况
• 1.4.2 结构优化发展概况
• 1.5 本文研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 基于板壳单元的车架结构有限元建模
• 2.1 引言
• 2.2 静力分析有限元法理论
• 2.2.1 线弹性静力学问题
• 2.2.2 有限单元法求解的收敛准则
• 2.3 有限元单元理论
• 2.3.1 薄板弯曲基本理论
• 2.3.2 四节点四面体单元
• 2.3.3 梁单元
• 2.3.4 质量单元
• 2.3.5 刚性单元
• 2.3.6 弹簧单元
• 2.4 车架的几何模型的建立
• 2.4.1 坐标系的确定
• 2.4.2 通过 UG 软件建立车架的三维几何模型
• 2.5 重型汽车车架的有限元模型的建立
• 2.5.1 设置材料属性
• 2.5.2 网格的划分
• 2.5.3 连接的处理
• 2.5.4 悬架的模拟
• 2.6 本章小结
• 第三章 载货车车架静态电测试验
• 3.1 引言
• 3.2 试验理论
• 3.2.1 非电量电测法概述
• 3.2.2 应变式电阻传感器
• 3.2.3 测量电桥的工作特性
• 3.3 重型载货汽车车架强度静态试验
• 3.3.1 试验目的及要求
• 3.3.2 使用仪器及试验方案
• 3.3.3 车架对应静态试验有限元模型的建立
• 3.3.4 静态测试内容
• 3.4 本章小结
• 第四章 货车车架结构的有限元静态分析
• 4.1 概述
• 4.2 静力分析基本理论
• 4.3 载货车车架的静态强度指标
• 4.4 车架的基本载荷
• 4.5 典型工况分析
• 4.5.1 满载弯曲工况
• 4.5.2 满载扭转工况
• 4.5.3 车架强度校核
• 4.6 本章小结
• 第五章 载货车车架的模态分析
• 5.1 引言
• 5.2 模态分析理论
• 5.3 模态分析的边界条件
• 5.4 车架的模态分析
• 5.4.1 车架模态计算
• 5.4.2 车架模态结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 基于灵敏度分析的重型载货车车架优化分析
• 6.1 引言
• 6.2 优化与灵敏度分析的理论基础
• 6.2.1 优化问题的数学模型
• 6.2.2 灵敏度分析理论
• 6.3 优化设计模型的建立
• 6.4 车架的灵敏度分析
• 6.5 基于灵敏度分析的优化设计
• 6.6 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 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