兴龙吸排车车架的设计与fea分析(附件)
党的十九大后，我国城市化进程越来越快，特种专用车辆在日常生活中也扮演着越来越重要的角色。吸排车作为特种车辆的一种，多数情况下实在市内的道路上行驶工作，它能抽吸那些特殊地点的各类微小的固体颗粒，从一处运到另一处，极大的保障了我们的生活质量。本文以兴龙吸排车车架为研究对象，对其进行结构设计和有限元分析。首先选用合适的车架类型，再根据所给的车辆参数，计算车架的基本尺寸然后完成结构设计，用CATIA软件绘制车架的实体三维模型图，再以igs的格式导入ANSYS，分别计算四种工况，即满载匀速工况、满载转弯工况、满载斜坡工况、紧急制动工况下的计算结果，表明所设计的车架满足强度和刚度的要求。最后，根据静力学要求，对车架进行了拓扑优化设计，使得车架在满足强度要求的约束下重量减轻了40%。关键词 吸排车车架，强度分析，有限元方法，拓扑优化
目 录
1 引言 1
1.1 研究的背景与意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 课题的主要内容 2
2 兴龙吸排车车架设计 2
2.1 吸排车的整车概述 2
2.2 吸排车车架种类的选择 3
2.3 吸排车车架结构的设计与计算 4
3 兴龙吸排车车架模型的建立 6
3.1 有限元ANSYS软件简介 7
3.2 吸排车车架几何模型的建立 7
3.3 基于ANSYS的车架有限元模型的建立 9
4 吸排车车架典型工况受力分析 11
4.1 有限元的流程 11
4.2 载荷的确定 12
4.3 静力分析理论 13
4.4 满载稳速工况 13
4.5 满载转弯工况 17
4.6 满载斜坡工况 18
4.7 紧急制动工况 19
4.8 吸排车车架的优化分析 20
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录 27
1 引言
1.1 研究的背景与意义 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
党的十九大后，我国城市化进程越来越快，城市人口也越来越多，特种专用车辆也就在日常生活中也扮演着越来越重要的角色。例如，在现代化的城市中，我们随处可见乘用车、特种救护车、吸排车、垃圾车等等，这种专用汽车不仅仅方便了我们的日常生活，而且还提高了我们的工作效率。
工信部2009年出台的《专用汽车和挂车生产企业及产品准入管理规则》中明确规定企业的设计研发能力是考察汽车生产商资质的主要条件之一。所以作为专用汽车生产商，如何加强研发能力，更快的生产出专用性强、结构好、安全性强和性价比高的产品成为他们追逐的首要目标。愈来愈多的生产商都更加重视本公司的设计研发阶段，以求提高自身的市场竞争力。
吸排车作为专用汽车中的一员，为我们的环境保护和绿色生活做出了重要的贡献。例如粉料吸排车，它能转运石灰粉等物料，可以抽吸空气中的粉尘，也可以保护空气的清洁，提高劳动效率。本课题来源于某特种车辆有限公司的吸排车。该公司主要经营各类市政养护特种车辆，包括吸排车、吸污车、多功能抢险车、清洗洒水车、垃圾压缩车等等。据近年来相关统计表明，现代社会各类吸排车在特种车辆的应用占到了30%左右，是进入21世纪后主流的特种专用车辆之一。吸排车必须要适应各种各样的天气条件，要在不同的情况下生产作业，所以，经济性、可靠性、稳定性、安全性就成了吸排车的重要评价指标。
1.2 国内外的研究现状
现代车架的设计广泛采取有限元法，再结合经验设计法。目前国内对有限元方法在框架结构分析中的应用研究主要是针对车架或车架结构在静态分析、弯曲载荷和几种极限载荷情况下的车架结构的反转，车架结构的静应力分布进行了局部细化，由于硬件和软件的模型尺寸限制了细化程度，而且模型不够，所以结构的刚度，结构强度分析还比较粗糙，计算结果比虚拟测试方案之间有很大的差距，2005年4月吉林大学余传文采用壳单元车架有限元模型的建立，全脚架结构的静态、动态特性分析，优化车架得到优化结果。 2007年，武汉理工大学邓亚东教授用有限元有目的优化轻型卡车车架框架设计。在2009年，清华大学扶原放老师对微电动车架进行了原有的结构可靠性优化设计，考虑了冲击载荷对框架各种驾驶条件的破坏作用，进行拓扑优化。
与此同时，国际上利用有限元软件如ANSYS等中的静力学模块分析汽车车架的结构强度已经比较成熟了。在二十世纪七十年代左右，国外就开始尝试用有限元法来分析汽车车架的结构设计，开始对车架的刚度强度进行检测，并陆续取得了一些突破性的成果。1991年奥尼亚玛等人就将有限元理论与车架的设计结合，并完成了一系列详尽的工作。1999年Kim,H.S等人，在静态的极限载荷工况下研究车架的刚度与强度的同时，总结了一套系统的理论，并为后人指导。2003年阿诺基和施尼基等人，开始尝试通过不同的建模方法，即一种用壳单元另一种用梁单元，来对比两种方法的优劣，并得出结论，梁单元的设计更加有效快捷。2004年Hadad,H,Ramezani等人开始对汽车车架进行模态分析，结合振动学的相关理论，避免所设计的车架结构与路面激励发生共振频率，使车架的结构更加合理。
1.3 课题的主要内容
本文的主要目的首先是设计吸排车车架，根据已获取的吸排车整车参数，确定车架的整体长度和宽度，再结合吸排车自身的功能特点，确定具体的车架类型。计算出车架的最大弯矩，选取适当的纵梁厚度，这里要考虑吸排车的可靠性和安全性，确定选用的截面形状和连接方式，从而完成整体设计。
其次是绘制车架的三维模型图，利用CATIA软件，这里为方便下文车架的有限元分析从而对车架进行合理的简化，建立车架的实体模型。
最后将三维模型的实体图导入ANSYS软件，进行有限元分析。对车架进行适当的前处理，加载不同的载荷以模拟车架在四种典型工况下的应力情况，得出强度结论，并以此对车架进行拓扑优化，使设计的车架轻量化。
2 兴龙吸排车车架设计与建模
2.1 吸排车的整车概述
本文设计的是兴龙吸排车车架，是兴龙特种车辆有限公司自主设计的产品。整车的主要设计参数如表21所示：
目 录
1 引言 1
1.1 研究的背景与意义 1
1.2 国内外的研究现状 1
1.3 课题的主要内容 2
2 兴龙吸排车车架设计 2
2.1 吸排车的整车概述 2
2.2 吸排车车架种类的选择 3
2.3 吸排车车架结构的设计与计算 4
3 兴龙吸排车车架模型的建立 6
3.1 有限元ANSYS软件简介 7
3.2 吸排车车架几何模型的建立 7
3.3 基于ANSYS的车架有限元模型的建立 9
4 吸排车车架典型工况受力分析 11
4.1 有限元的流程 11
4.2 载荷的确定 12
4.3 静力分析理论 13
4.4 满载稳速工况 13
4.5 满载转弯工况 17
4.6 满载斜坡工况 18
4.7 紧急制动工况 19
4.8 吸排车车架的优化分析 20
结论 24
致谢 25
参考文献 26
附录 27
1 引言
1.1 研究的背景与意义 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
党的十九大后，我国城市化进程越来越快，城市人口也越来越多，特种专用车辆也就在日常生活中也扮演着越来越重要的角色。例如，在现代化的城市中，我们随处可见乘用车、特种救护车、吸排车、垃圾车等等，这种专用汽车不仅仅方便了我们的日常生活，而且还提高了我们的工作效率。
工信部2009年出台的《专用汽车和挂车生产企业及产品准入管理规则》中明确规定企业的设计研发能力是考察汽车生产商资质的主要条件之一。所以作为专用汽车生产商，如何加强研发能力，更快的生产出专用性强、结构好、安全性强和性价比高的产品成为他们追逐的首要目标。愈来愈多的生产商都更加重视本公司的设计研发阶段，以求提高自身的市场竞争力。
吸排车作为专用汽车中的一员，为我们的环境保护和绿色生活做出了重要的贡献。例如粉料吸排车，它能转运石灰粉等物料，可以抽吸空气中的粉尘，也可以保护空气的清洁，提高劳动效率。本课题来源于某特种车辆有限公司的吸排车。该公司主要经营各类市政养护特种车辆，包括吸排车、吸污车、多功能抢险车、清洗洒水车、垃圾压缩车等等。据近年来相关统计表明，现代社会各类吸排车在特种车辆的应用占到了30%左右，是进入21世纪后主流的特种专用车辆之一。吸排车必须要适应各种各样的天气条件，要在不同的情况下生产作业，所以，经济性、可靠性、稳定性、安全性就成了吸排车的重要评价指标。
1.2 国内外的研究现状
现代车架的设计广泛采取有限元法，再结合经验设计法。目前国内对有限元方法在框架结构分析中的应用研究主要是针对车架或车架结构在静态分析、弯曲载荷和几种极限载荷情况下的车架结构的反转，车架结构的静应力分布进行了局部细化，由于硬件和软件的模型尺寸限制了细化程度，而且模型不够，所以结构的刚度，结构强度分析还比较粗糙，计算结果比虚拟测试方案之间有很大的差距，2005年4月吉林大学余传文采用壳单元车架有限元模型的建立，全脚架结构的静态、动态特性分析，优化车架得到优化结果。 2007年，武汉理工大学邓亚东教授用有限元有目的优化轻型卡车车架框架设计。在2009年，清华大学扶原放老师对微电动车架进行了原有的结构可靠性优化设计，考虑了冲击载荷对框架各种驾驶条件的破坏作用，进行拓扑优化。
与此同时，国际上利用有限元软件如ANSYS等中的静力学模块分析汽车车架的结构强度已经比较成熟了。在二十世纪七十年代左右，国外就开始尝试用有限元法来分析汽车车架的结构设计，开始对车架的刚度强度进行检测，并陆续取得了一些突破性的成果。1991年奥尼亚玛等人就将有限元理论与车架的设计结合，并完成了一系列详尽的工作。1999年Kim,H.S等人，在静态的极限载荷工况下研究车架的刚度与强度的同时，总结了一套系统的理论，并为后人指导。2003年阿诺基和施尼基等人，开始尝试通过不同的建模方法，即一种用壳单元另一种用梁单元，来对比两种方法的优劣，并得出结论，梁单元的设计更加有效快捷。2004年Hadad,H,Ramezani等人开始对汽车车架进行模态分析，结合振动学的相关理论，避免所设计的车架结构与路面激励发生共振频率，使车架的结构更加合理。
1.3 课题的主要内容
本文的主要目的首先是设计吸排车车架，根据已获取的吸排车整车参数，确定车架的整体长度和宽度，再结合吸排车自身的功能特点，确定具体的车架类型。计算出车架的最大弯矩，选取适当的纵梁厚度，这里要考虑吸排车的可靠性和安全性，确定选用的截面形状和连接方式，从而完成整体设计。
其次是绘制车架的三维模型图，利用CATIA软件，这里为方便下文车架的有限元分析从而对车架进行合理的简化，建立车架的实体模型。
最后将三维模型的实体图导入ANSYS软件，进行有限元分析。对车架进行适当的前处理，加载不同的载荷以模拟车架在四种典型工况下的应力情况，得出强度结论，并以此对车架进行拓扑优化，使设计的车架轻量化。
2 兴龙吸排车车架设计与建模
2.1 吸排车的整车概述
本文设计的是兴龙吸排车车架，是兴龙特种车辆有限公司自主设计的产品。整车的主要设计参数如表21所示：
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