轻型电动汽车车架结构设计与有限元分析(附件)【字数：12238】
摘 要摘 要车架作为电动汽车的骨架，连接电动车的各大组成，既保持各部分正确的位置，又承载行驶过程中的各种载荷。所以，整车的性能好差很大程度上取决于车架的质量。有限元的思想是车辆设计过程的关键理论，在对车架的结构进行强度刚度校核、模态性能校核中起重要作用。本文从建立模型、有限元分析等几个方面阐述了车架的设计过程利用SolidWorks对电动车车架进行三维建模，使用Ansys Workbench对车架进行较为全面的分析和讨论；为了避免车架出现共振情况，故本论文对车架在自由边界条件下进行了模态分析；合理地简化了车架模型，根据电动车设定的负载约束，选取满载弯曲最具代表性的工况进行静力学分析。本文的设计分析表明该设计出的轻型电动车车架的动态特性、强度和刚度均满足设计要求，但经过优化调整后的车架在一定程度要比原车架结构简单且质量轻，其后对新车架进行了模态和静力分析均符合设计要求。关键词电动汽车；车架；有限元法；模态分析；静力分析 Abstract
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本文的研究目的和意义 1
1.1.1目的 1
1.1.2课题研究背景及意义 1
1.2 本课题涉及的问题在国内外研究状况 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 本课题的研究内容 4
第二章 车架结构设计及三维建模 6
2.1 车架的主要分类及应用 6
2.2 建模软件SolidWorks介绍 6
2.3 车架尺寸确定及三维建模 7
2.3.1 车架主要尺寸的确定 7
2.3.2 车架的三维建模 7
2.4 本章小结 10
第三章 车架结构的有限元建模 11
3.1 有限元法的介绍 11
3.1.1有限元法的基本思想 11
3.1.2有限元法的特点 11
3.1.3有限元法的基本步骤 11
3.2 ANSYS软件的介绍 11
3.2.1 Ansys Workbench的简介 11
3.2.2 An style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目 录
第一章 绪论 1
1.1 本文的研究目的和意义 1
1.1.1目的 1
1.1.2课题研究背景及意义 1
1.2 本课题涉及的问题在国内外研究状况 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.3 本课题的研究内容 4
第二章 车架结构设计及三维建模 6
2.1 车架的主要分类及应用 6
2.2 建模软件SolidWorks介绍 6
2.3 车架尺寸确定及三维建模 7
2.3.1 车架主要尺寸的确定 7
2.3.2 车架的三维建模 7
2.4 本章小结 10
第三章 车架结构的有限元建模 11
3.1 有限元法的介绍 11
3.1.1有限元法的基本思想 11
3.1.2有限元法的特点 11
3.1.3有限元法的基本步骤 11
3.2 ANSYS软件的介绍 11
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sys Workbench的功能 12
3.2.3 Ansys Workbench的特点 12
3.3 车架的有限元建模 12
3.3.1 将建好的三维模型导入Ansys Workbench 12
3.3.2 定义材料属性 13
3.3.3 定义接触类型 15
3.3.4 进行网格划分 16
3.4 本章小结 17
第四章 车架结构的模态分析 18
4.1引言 18
4.2 模态分析基本理论 18
4.3 模态分析操作步骤 19
4.4 模态分析结果出图 20
4.5 模态分析结果分析 24
4.6 本章小结 25
第五章 车架结构的静力学分析 26
5.1 引言 26
5.2 简化车架结构 27
5.3 模拟悬架系统 27
5.4 确定车架主要载荷 28
5.5 车架满载弯曲工况下的静力学分析 29
5.5.1 施加约束和负载 29
5.5.2 弯曲工况结果分析 30
5.6 本章小结 32
第六章 车架的优化设计 33
6.1 引言 33
6.2 车架轻量化的方法 33
6.2.1 轻量化材料的使用 33
6.2.2 结构优化 34
6.2.3 确定优化方案 34
6.3 调整后车架的模态和静力学分析 34
6.3.1 调整后的车架模型 34
6.3.2 调整后的车架模态分析 35
6.3.3 调整后的车架静力学分析 35
6.4 本章小结 35
总 结 37
致 谢 38
参 考 文 献 39
第一章 绪论
1.1 本文的研究目的和意义
人类制造了汽车，汽车改变着人类，现代汽车正向着安全型、环保型、经济型、舒适型、智能型方向快速发展，中国也开始了由汽车大国向汽车强国迈进的步伐。电动汽车作为新能源汽车，日趋受到国内外各界的关注，逐渐成为汽车行业的新宠，发展纯电动和油电混合的汽车也被确立为我国新兴产业之一[1]。自2000年以来，全球掀起了电动汽车研发的热潮，国内多种具有自主知识产权的电动商用车、电动乘用车产品也已经获得国家公告进入市场。
随着社会的发展进步，汽车产业技术迅速发展，计算机软件逐渐被广泛应用于汽车设计中。从上世纪60年代开始，汽车设计基本以科学实验、技术分析为主，逐渐地代替之前的经验设计，趋于自动化[2]。近几十年来，结构优化被广泛应用于汽车的各大总成，如汽车的发动机、底盘、车身等的优化、整体动力系统的匹配，并取得了相当可观的效益。 汽车的结构设计包括有静力学分析、模态分析、整车性能的多体动力学分析、疲劳分析和各种优化设计等。
在这样大背景下，选择了这一课题，车架在汽车各大总成都是非常关键的部分，车架既承载着车身、底盘系统、内外装饰，还承载着动力系和路面传递的动载荷和静载荷，故在车辆设计的初始阶段，对车架进行合理的有限元分析就非常重要。本课题的目的就是设计一个节能高效无碳排放的轻型电动汽车的车架，既顺应了新能源汽车日益流行的浪潮，也响应了国家节能环保的倡导。同时在课题的研究过程中，我们积极查阅各种资与电动汽车车身车架相关的专著论文，也加深了我们对新能源汽车的了解。运用AutoCAD、SolidWorks、ANSYS等软件的过程中加强了我们对这些软件的掌握程度，为以后在技术岗位上的工作提供了坚实的基础。
1.2 本课题涉及的问题在国内外研究状况
1.2.1 国外研究现状
美国是汽车产业发展最快的国家，汽车产量提升的同时带来了巨大的能源消耗和废气排放。为了改变这个情况，美国政府提出了PNCV和Freedom CAR计划。奥巴马上台之后实施电动汽车研发计划，总额48亿。各州政府纷纷响应，提出响应的指导政策促进电动汽车的研发。美国福特通用等几大汽车巨头的混合动力汽车着重于强混技术和插电式混合动力，在燃料电池研发方面都投入了巨资[1]；欧盟在更注重缩减温室气体，制定了二氧化碳排放限制规定，提出了FP系列计划欧盟燃料电池研究计划等计划并投入14亿欧元，相较于其他欧洲国家，德国的电动汽车行业发展较快，于2009年8月发布了《国家电动汽车发展计划》，奔驰宝马在燃料电池汽车技术上仍处于世界领先；日本是汽车大国，但石油匮乏的现状迫使日本政府重视电动汽车的前景。日本提出了JHFC计划、低公害汽车普及计划。日本的本田丰田公司已经实现了电动汽车的产业化，并在世界范围内得到普遍认可[3,4]。
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