车辆典型结构载荷测试方案设计(附件)
本文主要设计一种适用于车架载荷测试的试验方案，通过测试车架的载荷，分析出车架结构的不稳定因素，以便于车架的改进。本文测试方案首先是通过ProE对汽车车架进行建模；然后在对车架模型用ANSYS进行多个工况的有限元分析，接着处理有限元结果，得出载荷点；最后在实际车架上粘贴应变片进行道路测试，同时通过数据采集器将应变片电阻信号转化为应力信号，分析处理信号后，得出实验结果。本文检测车架载荷的方案试验周期短，效果良好，适用于多种车架的检测，可为车架设计者提供参考。关键词 车架，载荷，建模，有限元
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究的发展状况 2
1.3 课题研究意义 3
2 车辆结构的有限元分析 3
2.1 车架结构三维模型建立 3
2.2 Ansys有限元分析 5
3 车架载荷方案设计 11
3.1 实验仪器设备 11
3.2 试验条件与要求 12
3.3 应力测试位置 13
3.4 应变片的主要参数 13
3.5 应变片工作原理 13
3.6 应变片粘贴方法与要求 16
3.7 道路试验准备 16
3.8 试验过程及说明 16
3.9 试验数据分析处理 17
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
1.1 课题研究背景
车架作为汽车整体中的一个核心框架，其中有两个最重要的功能：一个主要功用是让汽车内部很多重要部件连接固定，另一个是用于承受汽车行驶时，来自路面或者车体本身的一些载荷。车架的性能往往是觉得整车性能的重要因素。并且还需要保证汽车在不同路况行驶时，安装在在车架上的发动机等部件不会互相影响甚至发生碰撞。当汽车在路况复杂或者不平的道路上前行时，车架容易遭受到来自路面传递的载荷，这可能导致其在垂直方向上变形；或者当一侧车轮发生碰撞时，还可能会导致整体车架的变形。而即使是轻微的变形，也会导致车架上的部件发生微小的位移，时间一长也会降低汽车的行驶稳 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
定性，因此为了减小载荷对车架造成的影响，车架的刚强度和疲劳寿命必须改善的更加出色。而作用于车架的载荷主要来自道路的不平,以及因为发动机工作而产生的简谐振动的影响。如果车架的某一阶固有频率与外界作用的频率想类似时,车架会因此出现共振现象,这样会给车架带来巨大的影响和破坏,会大大的降低车架本身的使用寿命,所以在车架结构设计的时候要尽可能的避免共振因素的产生。同时在车架设计时，还需要根据车架受到载荷的不同来设计其结构。现今，大部份车企都会运用应变片等设备，对汽车典型结构的载荷进行处理和计算,再通过有限元等分析软件获得结果，来实现车架的结构设计和改善。本论文采用有限元分析法和道路实际测试分析相结合的方案来分析和测试车架载荷状况。有限元分析法是运用离散概念把结构总体转化为多个单元的整合,通过对各个小组合的分析,来测试结构边界是否产生扭转和载荷，最后获得相应指标。它是一种模拟类比来获得近似值的计算方法,因为在求值过程中会对产生的误差经多次分析而产生误差的叠加,而且有限元法往往由于各种条件都是通过模拟来进行，很容易造成大量误差使结果与实际相比有差距,导致计算结果偏差较大。而道路实验分析测试是对车架实际本身来测试的,故其所获得的实验数据更加可靠。因此可以将有限元法和试验分析方法共同使用1。
1.2 国内外研究的发展状况
近代汽车的结构分析都是从车身框架开始的,这是因为在整车系统中车身和车架结构本身就具有极高的地位。而在以前对典型结构进行分析时主要依靠的是工程师的工作经验和重复的试验来测试的,然后在通过个人对力学理论以及对车身各个零部件的参数的经验进行相应的计算。但是车架本身是一个复杂且多变的形体,这种分析方法过程耗时长、效率低、分析步骤复杂，难度较大,并且车身整个的力学特征只能在样车成型之后,进行一系列复杂的试验获得。
显而易见的是,伴随着车辆产业的发展，汽车结构的复杂化，以及对汽车本身结构的设计要求的提高,原本的测试方案已经很难跟上要求的变化，落后于人们对车辆的更好的要求。这就需要找到一种准确性高又有良好计算效率的新分析测试方法。随着计算机的飞速发展，以及兴起的有限元分析法,这种模拟测试方案在车辆设计中的运用已越来越频繁,已逐渐取代了原本的经验测试方法。新兴车辆结构的分析方法主要包括实际实验分析和有限元模拟分析。有限元分析方法是建模的方式模拟车架的状态，然后计算分析典型车架的静、动态特性,这样就使在车辆研发的初始阶段就可以检测和改善车架结构的静态和动态特性,从而在车辆出厂之前就可以尽可能避免各种因为经验判断错误而导致的缺陷,减小废品率,缩短产品的开发时间,降低成本。并且能够根据车辆不同的使用要求，设计不同的车架结构,在汽车车身结构设计中展现出十分理想的分析试验能力也是有限元的重要有点,也是占据了市场地位的重要原因。
在国外，有限元分析法由上世纪末开始运用于车架领域的分析。首先，NASA介绍结构分析程序进入汽车领域，与有限元分析（FEA）技术被广泛应用在汽车结构设计分析。国外通过三十多年的积累和改进，在汽车设计领域取得了许多成果，形成了完整的结构测试方案。目前,很多有限元软件包括Hypermesh、NASTRAN、ABAQUS、ANSYS等都被国外许多汽车公司广泛使用,并且各大软件公司由于实力雄厚,都有很强的自主研发能力,有限元软件的更新已经到了高自动化的地步。采用有限元方法，将新车型开发周期缩短到一个月，车辆典型结构设计经历了最早期的经验、模仿和静态设计，往建立结构模型、静动力结合分析，模拟仿真等虚拟技术转变。
在中国，将有限元法应用到汽车车身结构中的时间比较晚。虽然起步较晚，但随着年龄和年龄的逐渐推广，有限元方法的应用已经形成一定的规模。
总而言之,在微机分析技术的飞速更进的时代,尤其是计算机数据处理地提高以及电脑开始大范围的运用,这也是推动了有限元技术在车辆结构中的更多应用的主要原因。运用电脑来对汽车车架等结构的分析已经变得更加简易。
1.3 课题研究意义
对我们国家而言，汽车市场变得越来越活跃，汽车的销量也是逐年增长。随着市场竞争的激烈，各个车企也开始更加注重汽车的自身的质量方面的要求，而对于直接影响整车的寿命已经稳定性的汽车结构将会更加看重。因此车身结构为了保证良好的寿命和使用要求，在强度和结构方面也会被更加看重。同时在新型汽车的研发中，车架的更新也是一个重要的方面。在汽车车身结构设计中,设计人员主要负责校核车身结构的强度与刚度这一模块。由于汽车车架整体就是一个受力较为复杂的结构。在以往的设计中，很多厂家都依靠经验或模拟设计，很容易导致结构类型的变化，会出现结构强度过剩或不足的现象。由此可知车架结构的性能直接影响着整车的性能,因此设计者对于车架打的性能和疲劳寿命的研究才会更加的注重。本文正是基于上述背景，以小型货车为研究对象，运用有限元对典型车架结构进行多个工况的测试，并对车架静态强度和刚度进行了定性分析。以期通过有限元分析手段获得该车车身车架的载荷作用点，在此基础上，运用道路试验对该车架进行实际的分析来增加分析方案的可靠性,为汽车的车架的质量设计提供见解及改善。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究的发展状况 2
1.3 课题研究意义 3
2 车辆结构的有限元分析 3
2.1 车架结构三维模型建立 3
2.2 Ansys有限元分析 5
3 车架载荷方案设计 11
3.1 实验仪器设备 11
3.2 试验条件与要求 12
3.3 应力测试位置 13
3.4 应变片的主要参数 13
3.5 应变片工作原理 13
3.6 应变片粘贴方法与要求 16
3.7 道路试验准备 16
3.8 试验过程及说明 16
3.9 试验数据分析处理 17
结 论 20
致 谢 21
参 考 文 献 22
1 绪论
1.1 课题研究背景
车架作为汽车整体中的一个核心框架，其中有两个最重要的功能：一个主要功用是让汽车内部很多重要部件连接固定，另一个是用于承受汽车行驶时，来自路面或者车体本身的一些载荷。车架的性能往往是觉得整车性能的重要因素。并且还需要保证汽车在不同路况行驶时，安装在在车架上的发动机等部件不会互相影响甚至发生碰撞。当汽车在路况复杂或者不平的道路上前行时，车架容易遭受到来自路面传递的载荷，这可能导致其在垂直方向上变形；或者当一侧车轮发生碰撞时，还可能会导致整体车架的变形。而即使是轻微的变形，也会导致车架上的部件发生微小的位移，时间一长也会降低汽车的行驶稳 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
定性，因此为了减小载荷对车架造成的影响，车架的刚强度和疲劳寿命必须改善的更加出色。而作用于车架的载荷主要来自道路的不平,以及因为发动机工作而产生的简谐振动的影响。如果车架的某一阶固有频率与外界作用的频率想类似时,车架会因此出现共振现象,这样会给车架带来巨大的影响和破坏,会大大的降低车架本身的使用寿命,所以在车架结构设计的时候要尽可能的避免共振因素的产生。同时在车架设计时，还需要根据车架受到载荷的不同来设计其结构。现今，大部份车企都会运用应变片等设备，对汽车典型结构的载荷进行处理和计算,再通过有限元等分析软件获得结果，来实现车架的结构设计和改善。本论文采用有限元分析法和道路实际测试分析相结合的方案来分析和测试车架载荷状况。有限元分析法是运用离散概念把结构总体转化为多个单元的整合,通过对各个小组合的分析,来测试结构边界是否产生扭转和载荷，最后获得相应指标。它是一种模拟类比来获得近似值的计算方法,因为在求值过程中会对产生的误差经多次分析而产生误差的叠加,而且有限元法往往由于各种条件都是通过模拟来进行，很容易造成大量误差使结果与实际相比有差距,导致计算结果偏差较大。而道路实验分析测试是对车架实际本身来测试的,故其所获得的实验数据更加可靠。因此可以将有限元法和试验分析方法共同使用1。
1.2 国内外研究的发展状况
近代汽车的结构分析都是从车身框架开始的,这是因为在整车系统中车身和车架结构本身就具有极高的地位。而在以前对典型结构进行分析时主要依靠的是工程师的工作经验和重复的试验来测试的,然后在通过个人对力学理论以及对车身各个零部件的参数的经验进行相应的计算。但是车架本身是一个复杂且多变的形体,这种分析方法过程耗时长、效率低、分析步骤复杂，难度较大,并且车身整个的力学特征只能在样车成型之后,进行一系列复杂的试验获得。
显而易见的是,伴随着车辆产业的发展，汽车结构的复杂化，以及对汽车本身结构的设计要求的提高,原本的测试方案已经很难跟上要求的变化，落后于人们对车辆的更好的要求。这就需要找到一种准确性高又有良好计算效率的新分析测试方法。随着计算机的飞速发展，以及兴起的有限元分析法,这种模拟测试方案在车辆设计中的运用已越来越频繁,已逐渐取代了原本的经验测试方法。新兴车辆结构的分析方法主要包括实际实验分析和有限元模拟分析。有限元分析方法是建模的方式模拟车架的状态，然后计算分析典型车架的静、动态特性,这样就使在车辆研发的初始阶段就可以检测和改善车架结构的静态和动态特性,从而在车辆出厂之前就可以尽可能避免各种因为经验判断错误而导致的缺陷,减小废品率,缩短产品的开发时间,降低成本。并且能够根据车辆不同的使用要求，设计不同的车架结构,在汽车车身结构设计中展现出十分理想的分析试验能力也是有限元的重要有点,也是占据了市场地位的重要原因。
在国外，有限元分析法由上世纪末开始运用于车架领域的分析。首先，NASA介绍结构分析程序进入汽车领域，与有限元分析（FEA）技术被广泛应用在汽车结构设计分析。国外通过三十多年的积累和改进，在汽车设计领域取得了许多成果，形成了完整的结构测试方案。目前,很多有限元软件包括Hypermesh、NASTRAN、ABAQUS、ANSYS等都被国外许多汽车公司广泛使用,并且各大软件公司由于实力雄厚,都有很强的自主研发能力,有限元软件的更新已经到了高自动化的地步。采用有限元方法，将新车型开发周期缩短到一个月，车辆典型结构设计经历了最早期的经验、模仿和静态设计，往建立结构模型、静动力结合分析，模拟仿真等虚拟技术转变。
在中国，将有限元法应用到汽车车身结构中的时间比较晚。虽然起步较晚，但随着年龄和年龄的逐渐推广，有限元方法的应用已经形成一定的规模。
总而言之,在微机分析技术的飞速更进的时代,尤其是计算机数据处理地提高以及电脑开始大范围的运用,这也是推动了有限元技术在车辆结构中的更多应用的主要原因。运用电脑来对汽车车架等结构的分析已经变得更加简易。
1.3 课题研究意义
对我们国家而言，汽车市场变得越来越活跃，汽车的销量也是逐年增长。随着市场竞争的激烈，各个车企也开始更加注重汽车的自身的质量方面的要求，而对于直接影响整车的寿命已经稳定性的汽车结构将会更加看重。因此车身结构为了保证良好的寿命和使用要求，在强度和结构方面也会被更加看重。同时在新型汽车的研发中，车架的更新也是一个重要的方面。在汽车车身结构设计中,设计人员主要负责校核车身结构的强度与刚度这一模块。由于汽车车架整体就是一个受力较为复杂的结构。在以往的设计中，很多厂家都依靠经验或模拟设计，很容易导致结构类型的变化，会出现结构强度过剩或不足的现象。由此可知车架结构的性能直接影响着整车的性能,因此设计者对于车架打的性能和疲劳寿命的研究才会更加的注重。本文正是基于上述背景，以小型货车为研究对象，运用有限元对典型车架结构进行多个工况的测试，并对车架静态强度和刚度进行了定性分析。以期通过有限元分析手段获得该车车身车架的载荷作用点，在此基础上，运用道路试验对该车架进行实际的分析来增加分析方案的可靠性,为汽车的车架的质量设计提供见解及改善。
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