轻型载货汽车车架的有限元模拟及优化设计研究
发布时间：2021-07-24 12:28
汽车车架是汽车的核心承载基体,驾驶室、发动机、汽车转向与传动系统、悬架等核心部件均安装在车架上,同时车架也承受着各部件传递给其的力矩与力。汽车车架的工作状态极其复杂,单纯依靠简单数学方法无法作出准确分析,利用有限元法能够准确分析汽车的车架静动态特性,有限元方法的引入,让汽车车架的设计从经验设计模式转变为科学设计模式。本次研究拟订引入有限元分析法对某国产货车车架强度、刚度进行静力学分析,在此基础上提出优化设计建议。利用少量三角形单元与四节点壳单元来实现车架离散化,同时构建起相应的有限元模型,基于车架结构主要力学特性来进行车架建构简化。本次设计在构建有限元模型时对单元选取、车架结构简化处理、单元数量控制、网格布局、单元质量检查、连接方式模拟等问题进行充分考虑,另外笔者还对可能影响到有限元分析结果的各因素进行了剖析,具体包括部件连接模拟方法、单元厚度及大小等。通过有限元模拟车架结构强度与刚度,找出车架结构优化对象,并对优化后的车架动态与静态性能进行评估。本次研究对汽车车架优化设计基本概念、基本方法及构建优化模型基本原则等内容进行了详细阐述,并构建起扭转工况下的车架结构壳单元优化模型,在最大应...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平板型矩形壳单元示意图
江苏大学工程硕士论文15与三维物体类似，难以进行简化，有限元分析中一般按三维问题处理。在处理如图2.2所示薄板问题时，薄片载荷可根据薄片理论分为两个分量：一个在薄片中间另一个垂直于中部。在中等平面的负载可以被认为是均匀分布在薄片厚度上的，所以这是一个平面应力问题，因此这可以根据平面应力问题进行解决。而垂直于中面的负载，可以使得薄板弯曲，这必须用板弯曲理论来解决。薄片横向剪力所引起的剪切变形与弯曲变形相比微不足道。假定厚度相等的薄片材料为各向同性体，并符合虎克定律。薄片出现屈曲状况的临界载荷可以采用中性平衡微分方程的求解得到，也可以通过能量法或者有限元法进行解决。薄板的坐标和组成部分见图2.2。图2.2薄板的坐标和应力分量计算实际工程的薄板问题时，常采用小挠度理论，并作如下三项基本假设：（1）薄板具有一定的抗弯刚度，其垂直于中面的挠度w远小于其厚度t，忽略弯曲引起的薄膜效应；（2）直法线假设。应力分量z、zx和zy远小于其余三个应力分量x、y和xy，前者引起的应变可忽略。因此垂直于中面的直线段，弯曲后仍保持为无伸缩的直线，并垂直于弹性曲面。（3）当薄板弯曲时，薄板与中平面每个点的平行于中平面的位移，这是中性层。xy平面的弹性曲面的形状保持不变。根据假设，薄板弯曲问题可以简化为表面应力问题，变形特性可由线性偏微分方程加以描述。与杆件弯曲不同的是，薄板弯曲时的临界载荷并不反映其断裂时的载荷，其弯曲后的强度也应考虑在内。还应该考虑到中等平面薄片和平行六面体表面力的平衡条件，图2-3显示薄板的中平面应力，薄板屈曲的三个平衡方程如下所示：
江苏大学工程硕士论文19车架一般是为框架式结构，主要包括加强杆、侧梁与横梁等部分，在其侧梁上铆接了大量支座用来各部件安装，从而实现载重与传力；加强杆则用来提高车架结构稳定性，而且还能够提高车架刚度、强度，也具有一定的传力与承载作用。对于车架的有限元分析及优化总体要求如下：（1）保证强度，在大修里程内，各种主要零件不能因为受载而破坏；（2）具有足够的抗弯强度，10mm为其最大弯曲挠度，超出该值会导致车架变形过大出现早期损坏；（3）扭转刚度必须科学合适，特备是车架两端的刚度应越大越好，中间刚度则相对较校2.4车架有限元建模方法2.4.1车架结构特点及优化设计要求有限元模型作为仿真模拟的核心内容，同时它对于前处理工作也至关重要，可以说有限元模型的模拟结果准确度、求解规模等均取决于其精度，通过有限元法构建车架模型的主要流程如下：简化模型；构建几何模型；选择有限元单元；划分网格等。如下图2.3所示即为车架有限元模型的详细构建流程。如何科学选择单元来模拟车架结构是整个车架有限元模型建立的重中之重，同时它特是确保模型各单元力学特性能够更加接近实际载荷下的力学特性。图2.3车架有限元模型的搭建与分析过程2.4.2力学模型的选择针对有限元分析而言，其基本思想是将连续体结构替代为一组离散化单元组
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CAD/CAE汽车大地板外侧梁拉延模设计[J]. 周雄新,欧笛声. 锻压技术. 2013(01)
[2]汽车轻量化和塑料复合材料的应用[J]. 马鸣图,杨洪,魏莉霞. 新材料产业. 2007(09)
[3]从布里斯班卡车展看我国汽车轻量化的发展趋势[J]. 王泽黎. 专用汽车. 2007(07)
[4]基于ANSYS的轻型载货汽车车架模态分析[J]. 王晖云,吕宝占,朱思洪. 煤矿机械. 2007(03)
[5]浅谈汽车材料的轻量化发展态势[J]. 高亚楠,温龙飞. 汽车工业研究. 2007(03)
[6]汽车新材料的应用——轻量化[J]. 景艳,赵培全,何平. 现代制造技术与装备. 2007(01)
[7]汽车轻量化用钢的新思路——低密度钢板[J]. 张春雷,王金旗,张兴虎. 鞍钢技术. 2006(05)
[8]中国汽车轻量化之路初探[J]. 范军锋,陈铭. 铸造. 2006(10)
[9]CAE技术在汽车产品设计制造中的应用[J]. 柴山,焦学健,王树凤. 农业装备与车辆工程. 2005(09)
[10]载货汽车轻量化材料的应用[J]. 周绍荣. 商用汽车. 2005(01)
硕士论文
[1]大型天线座车车架轻量化设计研究[D]. 宋发宝.武汉理工大学 2008
[2]基于结构拓扑优化的高速动力车转向架构架轻量化研究[D]. 周春平.西南交通大学 2008
[3]半挂牵引车车架有限元强度分析[D]. 董振国.青岛大学 2005
[4]轻型客车白车身有限元建模及动静态特性分析[D]. 张迎滨.东南大学 2004
本文编号：3300652
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平板型矩形壳单元示意图
江苏大学工程硕士论文15与三维物体类似，难以进行简化，有限元分析中一般按三维问题处理。在处理如图2.2所示薄板问题时，薄片载荷可根据薄片理论分为两个分量：一个在薄片中间另一个垂直于中部。在中等平面的负载可以被认为是均匀分布在薄片厚度上的，所以这是一个平面应力问题，因此这可以根据平面应力问题进行解决。而垂直于中面的负载，可以使得薄板弯曲，这必须用板弯曲理论来解决。薄片横向剪力所引起的剪切变形与弯曲变形相比微不足道。假定厚度相等的薄片材料为各向同性体，并符合虎克定律。薄片出现屈曲状况的临界载荷可以采用中性平衡微分方程的求解得到，也可以通过能量法或者有限元法进行解决。薄板的坐标和组成部分见图2.2。图2.2薄板的坐标和应力分量计算实际工程的薄板问题时，常采用小挠度理论，并作如下三项基本假设：（1）薄板具有一定的抗弯刚度，其垂直于中面的挠度w远小于其厚度t，忽略弯曲引起的薄膜效应；（2）直法线假设。应力分量z、zx和zy远小于其余三个应力分量x、y和xy，前者引起的应变可忽略。因此垂直于中面的直线段，弯曲后仍保持为无伸缩的直线，并垂直于弹性曲面。（3）当薄板弯曲时，薄板与中平面每个点的平行于中平面的位移，这是中性层。xy平面的弹性曲面的形状保持不变。根据假设，薄板弯曲问题可以简化为表面应力问题，变形特性可由线性偏微分方程加以描述。与杆件弯曲不同的是，薄板弯曲时的临界载荷并不反映其断裂时的载荷，其弯曲后的强度也应考虑在内。还应该考虑到中等平面薄片和平行六面体表面力的平衡条件，图2-3显示薄板的中平面应力，薄板屈曲的三个平衡方程如下所示：
江苏大学工程硕士论文19车架一般是为框架式结构，主要包括加强杆、侧梁与横梁等部分，在其侧梁上铆接了大量支座用来各部件安装，从而实现载重与传力；加强杆则用来提高车架结构稳定性，而且还能够提高车架刚度、强度，也具有一定的传力与承载作用。对于车架的有限元分析及优化总体要求如下：（1）保证强度，在大修里程内，各种主要零件不能因为受载而破坏；（2）具有足够的抗弯强度，10mm为其最大弯曲挠度，超出该值会导致车架变形过大出现早期损坏；（3）扭转刚度必须科学合适，特备是车架两端的刚度应越大越好，中间刚度则相对较校2.4车架有限元建模方法2.4.1车架结构特点及优化设计要求有限元模型作为仿真模拟的核心内容，同时它对于前处理工作也至关重要，可以说有限元模型的模拟结果准确度、求解规模等均取决于其精度，通过有限元法构建车架模型的主要流程如下：简化模型；构建几何模型；选择有限元单元；划分网格等。如下图2.3所示即为车架有限元模型的详细构建流程。如何科学选择单元来模拟车架结构是整个车架有限元模型建立的重中之重，同时它特是确保模型各单元力学特性能够更加接近实际载荷下的力学特性。图2.3车架有限元模型的搭建与分析过程2.4.2力学模型的选择针对有限元分析而言，其基本思想是将连续体结构替代为一组离散化单元组
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CAD/CAE汽车大地板外侧梁拉延模设计[J]. 周雄新,欧笛声. 锻压技术. 2013(01)
[2]汽车轻量化和塑料复合材料的应用[J]. 马鸣图,杨洪,魏莉霞. 新材料产业. 2007(09)
[3]从布里斯班卡车展看我国汽车轻量化的发展趋势[J]. 王泽黎. 专用汽车. 2007(07)
[4]基于ANSYS的轻型载货汽车车架模态分析[J]. 王晖云,吕宝占,朱思洪. 煤矿机械. 2007(03)
[5]浅谈汽车材料的轻量化发展态势[J]. 高亚楠,温龙飞. 汽车工业研究. 2007(03)
[6]汽车新材料的应用——轻量化[J]. 景艳,赵培全,何平. 现代制造技术与装备. 2007(01)
[7]汽车轻量化用钢的新思路——低密度钢板[J]. 张春雷,王金旗,张兴虎. 鞍钢技术. 2006(05)
[8]中国汽车轻量化之路初探[J]. 范军锋,陈铭. 铸造. 2006(10)
[9]CAE技术在汽车产品设计制造中的应用[J]. 柴山,焦学健,王树凤. 农业装备与车辆工程. 2005(09)
[10]载货汽车轻量化材料的应用[J]. 周绍荣. 商用汽车. 2005(01)
硕士论文
[1]大型天线座车车架轻量化设计研究[D]. 宋发宝.武汉理工大学 2008
[2]基于结构拓扑优化的高速动力车转向架构架轻量化研究[D]. 周春平.西南交通大学 2008
[3]半挂牵引车车架有限元强度分析[D]. 董振国.青岛大学 2005
[4]轻型客车白车身有限元建模及动静态特性分析[D]. 张迎滨.东南大学 2004
本文编号：3300652
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