重型载货汽车车架的有限元分析及优化

发布时间：2017-04-26 02:08

  本文关键词：重型载货汽车车架的有限元分析及优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 车架是汽车上重要的承载部件,车辆所受到的各种载荷最终都传递给车架,因此,车架结构性能的好坏直接关系到整车设计的成败。随着汽车工业的高速发展,对汽车的性能要求越来越高,这使得传统的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的要求。电子计算机的出现以及有限元法的飞速发展为车架的结构性能的计算分析带来了新的革命。通过有限元法对车架结构进行性能分析,在设计时考虑车架结构的优化,对提高整车的各种性能,降低设计与制造成本,增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。 本文对车架及其载荷进行了适当简化,在有限元软件Hypermesh中建立了车架的有限元模型,导入有限元分析软件Nastran中,对车架在扭转、弯曲两种工况,施加相应的边界条件和载荷条件,进行了静态响应分析,找出了车架结构中的薄弱部位,并对该车架进行了静、动态电测试验,为有限元分析提供实践依据,并验证有限元模型的精确性。计算了车架在自由状态下的前十阶模态特性,获得了车架自由状态下的固有频率,并对其振动特性进行分析。 在车架模态的基础上,考虑到车架结构件板厚对其低阶模态频率的影响时对主要部件的板厚进行了频率灵敏度分析,以确定各部件板厚对车架低阶频率的影响大小。从而为后面的优化设计中设计变量参数的选取提供理论依据。 在灵敏度分析的基础上,提取对低阶模态频率影响较大的部件进行了优化分析。以板厚为设计变量,在优化设计中可根据不同的优化目的确定不同的目标函数。在了解相关研究的情况下,文中主要考虑车架的轻量化问题和低阶模态频率的提高两方面的优化问题。 该课题研究较为系统的完成了车架的动态分析,所建立的“模态分析-灵敏度分析-优化分析”过程能应用于其它车型的相关研究,为其它相关研究积累了一定的可借鉴的经验。该课题对车架结构的进一步优化具有一定的参考价值。
【关键词】：重型载货汽车车架 有限元法 HyperMesh Nastran 静力分析 动力分析 灵敏度分析 优化设计
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U463.32~1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致谢8-14
• 第一章 绪论14-19
• 1.1 引言14
• 1.2 研究背景14-15
• 1.3 研究目的和意义15
• 1.4 有限元法在国内外汽车分析方面的应用和发展概况15-17
• 1.4.1 有限元法在国内汽车分析中的应用16
• 1.4.2 有限元法在国外汽车分析中的应用16-17
• 1.5 研究内容17-19
• 第二章 基于板壳单元的车架结构有限元建模19-34
• 2.1 车架的结构设计19-21
• 2.1.1 车架的结构形式19
• 2.1.2 车架纵梁、横梁及其联接19-21
• 2.1.3 车架制造工艺及材料21
• 2.2 有限单元法基本理论21-25
• 2.2.1 线弹性体静力学问题22-23
• 2.2.2 求解的收敛条件23-24
• 2.2.3 单元分析及整体方程求解24-25
• 2.3 重型载货汽车车架有限元模型的建立25-33
• 2.3.1 坐标系的确定26
• 2.3.2 重型载货汽车车架有限元建模时应遵循的原则26
• 2.3.3 有限元软件及单元的选择26-29
• 2.3.4 悬架的模拟29-31
• 2.3.5 连接的模拟31-32
• 2.3.6 车架整体有限元模型的建立32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 车架的静态响应分析34-41
• 3.1 概述34
• 3.2 静力分析的基础34-35
• 3.3 静态工况分析35-40
• 3.3.1 车架基本载荷的确定36-37
• 3.3.2 满载弯曲工况37-38
• 3.3.3 满载扭转工况38-40
• 3.3.4 车架强度校核40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 车架静动态电测试验41-53
• 4.1 车辆强度试验方法简介41-44
• 4.1.1 机械量电测技术41
• 4.1.2 电阻应变片的结构和性能41-42
• 4.1.3 应变片的技术参数42
• 4.1.4 测量电桥特性42-44
• 4.2 重型载货汽车车架强度静动态试验44-52
• 4.2.1 试验目的及要求44
• 4.2.2 使用仪器及试验方案44-47
• 4.2.3 测试内容47-48
• 4.2.4 测试结果分析48-52
• 4.3 本章小结52-53
• 第五章 车架模态分析53-59
• 5.1 引言53
• 5.2 模态分析的基本理论53-55
• 5.3 车架模态分析55-58
• 5.3.1 车架有限元模态分析模型55
• 5.3.2 车架有限元模态分析分结果及分析55-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 优化分析59-74
• 6.1 灵敏度分析的意义59-60
• 6.2 灵敏度计算模型的建立60-62
• 6.3 优化设计的概念及其在OPTISTRUCT 中的实现62-64
• 6.4 优化设计模型的建立64-66
• 6.4.1 目标函数64-65
• 6.4.2 约束条件65
• 6.4.3 设计变量65-66
• 6.4.4 约束问题极小化方法66
• 6.5 灵敏度计算结果分析66-69
• 6.6 优化设计计算结果分析69-72
• 6.6.1 车架轻量化的优化分析69-71
• 6.6.2 提高低阶模态频率的优化分析71-72
• 6.7 本章小结72-74
• 第七章 结论与展望74-76
• 7.1 结论74
• 7.2 展望74-76
• 参考文献76-79
• 硕士期间参与的科研项目79
• 硕士期间发表的论文79-80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 王铁;赵震;陈峙;王景新;;某车架结构基于灵敏度分析的优化设计[J];机械科学与技术;2013年04期

2 王铁;赵震;陈峙;王景新;申晋宪;;基于灵敏度分析的自卸车车架优化设计[J];太原理工大学学报;2012年05期

3 宋年秀;刘祥斌;曲秀丽;;基于MSC.Patran的牵引车车架轻量化设计[J];公路与汽运;2013年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

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10 赵震;重型自卸车车架的有限元分析及优化[D];太原理工大学;2012年

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本文编号：327517