货车车架的有限元分析(附件)【字数：11761】
摘 要车架是一辆汽车上最主要的承载部件，车架的性能好不好决定着整个汽车性能的高低。车架结构比较复杂，采用有限元法对货车车架进行静态和动态有限元分析，最后分析计算结果在理论方面为车架的优化设计和轻量化提供参考数据。在本课题中，我们首先是在UG中建立车架三维模型，然后再把UG中建立好的三维模型导入到ANSYS软件中，然后分别对模型进行单元类型、材料属性的定义，最后再进行网格划分，对其进行静态分析。我们分别对车架在满载扭转以及紧急转弯况下进行了静态分析，根据算出来的结果我们可以得到车架的应力和应变图，接下来对车架的应力和变形进行分析，再和材料的不同屈服强度进行比较，根据比较出来的结果来对车架进行强度以及刚度的核对。比较结果得出，结果符合要求。我们最后再对车架进行了自由模态的分析，通过分析我们得到了车架的前十阶固有频率和振型，这一项成果可以帮助设计人员在后续设计中尽量避开这些固有频率或最大限度地减小对这些固有频率的激励，这样不仅可以减小共振还有噪声，还可以车辆在运行过程中的操作稳定性行驶安全性和以及乘坐舒适性。为后续人们对车架进行研究及改进提供了参考数据。
Keywords:The finite element method; Truck frame; Static analysis; Modal analysis 目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究背景及意义 1
1.3国内外研究现状 2
1.3.1国外研究现状 2
1.3.2国内研究现状 3
1.4研究内容 3
1.5本章小结 3
第二章 有限元法及软件介绍 4
2.1有限元法的理论知识 4
2.1.1应变与位移的关系 4
2.1.2应力与应变的关系 5
2.1.3功与能的计算 6
2.1.4最小势能原理 6
2.2有限元法的分析工程 7
2.3ANSYS软件介绍 7
2.4本章小结 9
第三章 货车车架的有限元模型 10
3.1车架的概述 10
3.2车架的要求 10
3.3车架的类型 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.4车架几何模型的建立 10
3.5车架有限元模型的建立 12
3.5.1单元类型的选择 12
3.5.2材料属性的定义 13
3.5.3网格划分 13
3.5.4车架的载荷 15
3.5.5有限元模型的单元节点数 15
3.6本章小结 16
第四章 货车车架的静态分析 17
4.1静态分析的理论基础 17
4.2分析工况的确定 18
4.3车架满载扭转工况 18
4.4紧急转弯工况 20
4.5本章小结 22
第五章 货车车架的模态分析 23
5.1模态分析的理论知识 23
5.2货车车架模态分析的步骤 23
5.3货车车架前10阶固有频率及振型 25
5.4本章小结 30
第六章 总结与展望 31
6.1本文总结 31
6.2展望 31
致 谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1引言
目前，一个国家的科技是否发达就必须参考汽车行业的发展的好坏。汽车的设计是汽车生产过程中最基础的部分，对生产出的汽车的好坏有极大影响。随着科技水平的进步，汽车设计的技术也在快速的发展之中。现在，汽车设计中，有限元分析不是唯一的方法，计算机模拟也是一种很好的对策，其优点在于可以大幅度减少汽车的设计以及分析结构的时耗，并且汽车设计的质量大幅提升。该方法开始于20世纪早期，在20世纪50年代，使用有限元方法对航空这样的工程中飞机结构进行建立模型，使有限元方法得到极大的发展[1]。
在进行汽车设计的时候，前人的方法是参照经验设计或者是模仿标准车型，结果却是千篇一律，所有人都是这样，并没有一点创新。当代社会需要设计新车型来满足市场上新的需求，而这些大多都要通过分析来完成。利用有限元法，能够使汽车设计的结果更好，而且相关的计算精度更为准确。通过对模型的仿真分析可以降低工程设计人员的工作量并且判断也较为准确。运用有限元法，汽车的设计变得更加多元化。
设计汽车时优化这一步是必须存在的。做到安全性、可靠性、舒适性令人满意并且汽车本身质量不大是一辆优质车的前提。汽车产品不但需要强大的刚度、强度。同时要强调稳定性、舒适性等等，都必须在设计时这不断地进行模拟仿真。有限元法不仅可以减少产品生产成本，还可以把周期大大缩短，增加了产品的市场竞争力。
1.2研究背景及意义
车架作为整个汽车的主要承受载荷的零件，在车架性能方面要做许多研究工作，因为如果有疏忽很可能造成汽车意外事故。在行驶中，车架会受到来自各个部件的力矩以及力，包含路面的支撑力与反作用力，因此，车架不仅要承受静止时所受到的外力，还要受到行驶中受到的外力，使用条件十分复杂，对于车架的刚度、强度只有通过有限元分析法才能得到满意的结果。
本课题对货车车架有限元模型的应用进行分析，对车架结构进行静动态分析，其研究意义如下：在货车车架设计中，通过静力学分析计算，掌握了车架的强度、刚度特性，避免了应力集中，并且通过模态分析，得到了车架的前十阶固有频率和振型，这一项成果可以帮助设计人员在后续设计中尽量避开这些固有频率或最大限度地减小对这些的，这样不仅可以减小还有噪声，还可以车辆在运行过程中的操作稳定性行驶安全性和以及乘坐舒适性。为后续人们对车架进行研究及改进提供了参考数据。
1.3国内外研究现状
1.3.1国外研究现状
早在40年代，就提出了有限元的基本思想—离散化概念，但由于当时计算机刚刚问世，各方面的性能达不到要求，因此，这一概念得不到重视。20世纪50年代，有限元法首次被外国相关人员想出，并且最早运用到汽车设计中。到了60年代，这一思想就被提出来了，从这起，这一方法就被运用到汽车车架结构强度和刚度的计算。经过十年的发展，计算机技术不断改进，使得不局限于汽车进行静态强度分析，还进行动态分析。因此，有限元法更多的被运用于动态方面以便研究。显然，动态研究方面有限元法立了大功，并有不少成果。例如：Ha dad.H为代表者首次应用了有限元的模态分析。
国外大部分采用的车架结构设计系统和流程[3]如图1.1所示：
/
图1.1 车架结构分析系统集成框图
综上所述，国外技术有以下特色：
(1)汽车设计和汽车分析这两个过程都特别重要，缺一不可。分析与设计过同时进行的，其设计汽车设计中极为主心骨。
Keywords:The finite element method; Truck frame; Static analysis; Modal analysis 目 录
第一章 绪论 1
1.1引言 1
1.2研究背景及意义 1
1.3国内外研究现状 2
1.3.1国外研究现状 2
1.3.2国内研究现状 3
1.4研究内容 3
1.5本章小结 3
第二章 有限元法及软件介绍 4
2.1有限元法的理论知识 4
2.1.1应变与位移的关系 4
2.1.2应力与应变的关系 5
2.1.3功与能的计算 6
2.1.4最小势能原理 6
2.2有限元法的分析工程 7
2.3ANSYS软件介绍 7
2.4本章小结 9
第三章 货车车架的有限元模型 10
3.1车架的概述 10
3.2车架的要求 10
3.3车架的类型 10 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
3.4车架几何模型的建立 10
3.5车架有限元模型的建立 12
3.5.1单元类型的选择 12
3.5.2材料属性的定义 13
3.5.3网格划分 13
3.5.4车架的载荷 15
3.5.5有限元模型的单元节点数 15
3.6本章小结 16
第四章 货车车架的静态分析 17
4.1静态分析的理论基础 17
4.2分析工况的确定 18
4.3车架满载扭转工况 18
4.4紧急转弯工况 20
4.5本章小结 22
第五章 货车车架的模态分析 23
5.1模态分析的理论知识 23
5.2货车车架模态分析的步骤 23
5.3货车车架前10阶固有频率及振型 25
5.4本章小结 30
第六章 总结与展望 31
6.1本文总结 31
6.2展望 31
致 谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1引言
目前，一个国家的科技是否发达就必须参考汽车行业的发展的好坏。汽车的设计是汽车生产过程中最基础的部分，对生产出的汽车的好坏有极大影响。随着科技水平的进步，汽车设计的技术也在快速的发展之中。现在，汽车设计中，有限元分析不是唯一的方法，计算机模拟也是一种很好的对策，其优点在于可以大幅度减少汽车的设计以及分析结构的时耗，并且汽车设计的质量大幅提升。该方法开始于20世纪早期，在20世纪50年代，使用有限元方法对航空这样的工程中飞机结构进行建立模型，使有限元方法得到极大的发展[1]。
在进行汽车设计的时候，前人的方法是参照经验设计或者是模仿标准车型，结果却是千篇一律，所有人都是这样，并没有一点创新。当代社会需要设计新车型来满足市场上新的需求，而这些大多都要通过分析来完成。利用有限元法，能够使汽车设计的结果更好，而且相关的计算精度更为准确。通过对模型的仿真分析可以降低工程设计人员的工作量并且判断也较为准确。运用有限元法，汽车的设计变得更加多元化。
设计汽车时优化这一步是必须存在的。做到安全性、可靠性、舒适性令人满意并且汽车本身质量不大是一辆优质车的前提。汽车产品不但需要强大的刚度、强度。同时要强调稳定性、舒适性等等，都必须在设计时这不断地进行模拟仿真。有限元法不仅可以减少产品生产成本，还可以把周期大大缩短，增加了产品的市场竞争力。
1.2研究背景及意义
车架作为整个汽车的主要承受载荷的零件，在车架性能方面要做许多研究工作，因为如果有疏忽很可能造成汽车意外事故。在行驶中，车架会受到来自各个部件的力矩以及力，包含路面的支撑力与反作用力，因此，车架不仅要承受静止时所受到的外力，还要受到行驶中受到的外力，使用条件十分复杂，对于车架的刚度、强度只有通过有限元分析法才能得到满意的结果。
本课题对货车车架有限元模型的应用进行分析，对车架结构进行静动态分析，其研究意义如下：在货车车架设计中，通过静力学分析计算，掌握了车架的强度、刚度特性，避免了应力集中，并且通过模态分析，得到了车架的前十阶固有频率和振型，这一项成果可以帮助设计人员在后续设计中尽量避开这些固有频率或最大限度地减小对这些的，这样不仅可以减小还有噪声，还可以车辆在运行过程中的操作稳定性行驶安全性和以及乘坐舒适性。为后续人们对车架进行研究及改进提供了参考数据。
1.3国内外研究现状
1.3.1国外研究现状
早在40年代，就提出了有限元的基本思想—离散化概念，但由于当时计算机刚刚问世，各方面的性能达不到要求，因此，这一概念得不到重视。20世纪50年代，有限元法首次被外国相关人员想出，并且最早运用到汽车设计中。到了60年代，这一思想就被提出来了，从这起，这一方法就被运用到汽车车架结构强度和刚度的计算。经过十年的发展，计算机技术不断改进，使得不局限于汽车进行静态强度分析，还进行动态分析。因此，有限元法更多的被运用于动态方面以便研究。显然，动态研究方面有限元法立了大功，并有不少成果。例如：Ha dad.H为代表者首次应用了有限元的模态分析。
国外大部分采用的车架结构设计系统和流程[3]如图1.1所示：
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图1.1 车架结构分析系统集成框图
综上所述，国外技术有以下特色：
(1)汽车设计和汽车分析这两个过程都特别重要，缺一不可。分析与设计过同时进行的，其设计汽车设计中极为主心骨。
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