轻型载货汽车车架有限元分析及优化设计
发布时间：2022-02-12 19:11
由于轻型载货汽车具有环境适应能力强以及承载能力强的特点,因此在经济建设中发挥着重要的作用,有着非常光明的市场发展前景。而轻载车架作为整个汽车的核心部件,安装并支撑着包括发动机、驾驶室、货箱以及货物等在内的一系列部件,同时也经受着来自不同工况下的各种力和力矩,工作环境十分复杂,因此车架的好坏直接影响着汽车的性能和车身的使用寿命。本文采用有限元法对某轻型载货汽车的车架进行动静态分析。首先使用UG软件建立轻载车架的实体模型,再将模型文件导进HyperMesh中,建立完整的有限元模型,为下一步静态动态分析做好准备。在完成上述工作之后,对货车车架在满载情况下的四种典型工况（弯曲工况、扭转工况、转弯工况、紧急制动工况）分别施加相应的边界条件,并且利用HyperMesh软件里的OptiStruct求解器完成分析求解工作,得到各工况下的静力分析结果,并对计算结果进行校核验证。通过OptiStruct求解器计算该货车车架的低阶自由模态,并根据车架相关评价标准,对车架动态性能进行科学的评价。在保证安全要求的基础上,以尽量减小车架重量为原则,采用两种优化方法对车架做优化设计和改进。首先采用尺寸优化的方法进行...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１某轻型载货汽车车架二维图形??Ｆｉｇ．?３．１?Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ｇｒａｐｈｉｃｓ?ｏｆ?ｃｅｒｔａｉｎ?ｔｙｐｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ｔｒｕｃｋ?ｆｒａｍｅ??
?第三章车架有限元模型建立???图３．２某轻型载货汽车车架三维模型??Ｆｉｇ．?３．２?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｃｅｒｔａｉｎ?ｔｙｐｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ｔｒｕｃｋ?ｆｒａｍｅ??３．３轻型载货汽车车架有限元建模??在本课题中，采用三维ＵＧ软件建立轻型载货汽车车架的三维实体模型，再利用??ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ与各ＣＡＤ软件之间强大的数据接口功能将建好的模型导入。其具体操作为??在ＵＧ软件工作环境下将建好的模型另存为ＳＴＥＰ格式，再把此文件输入到ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ??里面，完成有限元模型的建立。因为本课题选用的是ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件自带的ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ??求解器，因此要选择在ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ模块环境下将ＳＴＥＰ文件导入进来，并在此模块下完??成有限元前处理。??３．３．１车架模型的化简??为了更好更准确的得到轻型载货汽车车架有限元分析结果，对其建立有限元模型时??要做到以下两点。首先是我们要尽可能的保持车架原来的真实情况，尽量使建立的有限??元模型和真正的汽车车架保持一致。其次，我们所建立的有限元模型要能够准确的反映??出三维模型的几何特征，这样虽然可以保证计算结果的准确度，但有限元计算模型并不??是越复杂越好，我们可以对某些区域进行局部化简，由此可以大幅度提高有限元建模的??效率，同时加快计算机运算的速度，缩短了运算时间［￣。??轻型载货汽车车架的功能是支撑、连接汽车各个部分，因而和驾驶室、货箱以及簧??下悬架等连接十分复杂，本课题目的是考察车架本身性能，只以构成车架的横纵梁和加??强板为研究对象，建模时对其他相关连接部件给予忽略。将ＵＧ建立好的三维模型导入??到Ｈｙｐｅ
??第三章车架有限元模型建立???图３．３抽取中面后的车架模型??Ｆｉｇ．?３．３?Ｍｉｄｄｌｅ?ｐｌａｎｅ?ｏｆ?ｆｒａｍｅ?ｍｏｄｅｌ?ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ??在进行网格的划分时应该满足以下三点要求。??（１）网格的数量??要控制好划分网格的数量，因为计算结果精度与网格精度有着密切的联系。一般来??说，随着网格数量的增加，精度也会提升，但对电脑内存等要求也更严格，计算周期也??更长。??（２）网格的疏密??根据所研宄结构上不同应力分布特征，在应力相对较大的区域网格划分密集一些，??在应力较小地方网格可以划分的较稀疏。这样划分出来的网格不但能够获取高精度的结??果，同时缩短了计算所需时间。??（３）网格的质量??在划分网格时要保证其外形和质量，提升最终分析结果的精度。??根据上述要求，从有限元模型的精确度和车架尺寸等方面综合考虑，划分的网格尺??寸大小取５ｍｍ。虽然对车架横纵梁上的很多装配孔、工艺孔做了化简处理，但横梁和??纵梁之间的铆接孔以及一些直径相对较大的减重孔依然存在。若在划分网格时不做任何??处理，可能会在孔边缘出现网格质量差的情况，影响计算结果。针对这种情况，本文采??用圆环法划分，利用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件中的ｗａｓｈｅｒ?ｓｐｌｉｔ在孔的周围加一个更大直径的同??心圆，这样的好处是在生成的圆环之间可以划分出规整的网格，同时外圈的周长较大，??便于分布更多的节点，使外围生成的网格质量更高。图３．４为圆环法生成的网格。??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]某专用车辆车架多工况拓扑优化设计[J]. 解运,何颖,王青春. 农业装备与车辆工程. 2018(02)
[2]基于灵敏度分析的客车骨架优化分析研究[J]. 魏允. 中州大学学报. 2011(03)
[3]HyperMesh有限元前处理关键技术研究[J]. 边弘晔,李鹤,闻邦椿. 机床与液压. 2008(04)
[4]有限元技术在载货车辆车架分析中的应用[J]. 廖日东,王健,左正兴,冯慧华. 车辆与动力技术. 2006(02)
[5]重型专用车车架轻量化结构优化设计[J]. 成耀龙,马力,王皎. 专用汽车. 2006(02)
[6]CJ6121GCHK型客车车身骨架有限元建模及结果分析方法研究[J]. 王海霞,汤文成,钟秉林,宋卫,封彪. 汽车工程. 2001(01)
[7]轻型载货汽车发展趋势分析[J]. 曹红. 汽车科技. 2000(04)
[8]汽车车架设计计算的有限元法[J]. 谷安涛,常国振. 汽车技术. 1977(06)
硕士论文
[1]某载货车车架结构分析及拓扑优化[D]. 刘蕾蕾.长安大学 2017
[2]某乘用车白车身模态分析及结构改进研究[D]. 朱伟华.华南理工大学 2017
[3]重型货车车架有限元分析与结构优化[D]. 周文.安徽理工大学 2017
[4]基于HyperMesh的高强度车架轻量化分析研究[D]. 董浩博.西华大学 2017
[5]基于HYPERMESH和OPTISTRUCT的某卡车车架轻量化研究[D]. 张志鹏.长安大学 2017
[6]半挂车车架有限元分析与轻量化研究[D]. 鲁付杰.中原工学院 2017
[7]轻型载货汽车车架总成结构的分析与优化[D]. 胡春雨.江苏大学 2016
[8]基于CATIA与ANSYS货车车架结构分析[D]. 李小波.长安大学 2014
[9]车架结构轻量化设计研究[D]. 赵紫纯.中北大学 2013
[10]基于有限元法的货车车架静动态特性分析[D]. 丁芳.合肥工业大学 2012
本文编号：3622275
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１某轻型载货汽车车架二维图形??Ｆｉｇ．?３．１?Ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ｇｒａｐｈｉｃｓ?ｏｆ?ｃｅｒｔａｉｎ?ｔｙｐｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ｔｒｕｃｋ?ｆｒａｍｅ??
?第三章车架有限元模型建立???图３．２某轻型载货汽车车架三维模型??Ｆｉｇ．?３．２?Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｃｅｒｔａｉｎ?ｔｙｐｅｄ?ｌｉｇｈｔ?ｔｒｕｃｋ?ｆｒａｍｅ??３．３轻型载货汽车车架有限元建模??在本课题中，采用三维ＵＧ软件建立轻型载货汽车车架的三维实体模型，再利用??ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ与各ＣＡＤ软件之间强大的数据接口功能将建好的模型导入。其具体操作为??在ＵＧ软件工作环境下将建好的模型另存为ＳＴＥＰ格式，再把此文件输入到ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ??里面，完成有限元模型的建立。因为本课题选用的是ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件自带的ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ??求解器，因此要选择在ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ模块环境下将ＳＴＥＰ文件导入进来，并在此模块下完??成有限元前处理。??３．３．１车架模型的化简??为了更好更准确的得到轻型载货汽车车架有限元分析结果，对其建立有限元模型时??要做到以下两点。首先是我们要尽可能的保持车架原来的真实情况，尽量使建立的有限??元模型和真正的汽车车架保持一致。其次，我们所建立的有限元模型要能够准确的反映??出三维模型的几何特征，这样虽然可以保证计算结果的准确度，但有限元计算模型并不??是越复杂越好，我们可以对某些区域进行局部化简，由此可以大幅度提高有限元建模的??效率，同时加快计算机运算的速度，缩短了运算时间［￣。??轻型载货汽车车架的功能是支撑、连接汽车各个部分，因而和驾驶室、货箱以及簧??下悬架等连接十分复杂，本课题目的是考察车架本身性能，只以构成车架的横纵梁和加??强板为研究对象，建模时对其他相关连接部件给予忽略。将ＵＧ建立好的三维模型导入??到Ｈｙｐｅ
??第三章车架有限元模型建立???图３．３抽取中面后的车架模型??Ｆｉｇ．?３．３?Ｍｉｄｄｌｅ?ｐｌａｎｅ?ｏｆ?ｆｒａｍｅ?ｍｏｄｅｌ?ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ??在进行网格的划分时应该满足以下三点要求。??（１）网格的数量??要控制好划分网格的数量，因为计算结果精度与网格精度有着密切的联系。一般来??说，随着网格数量的增加，精度也会提升，但对电脑内存等要求也更严格，计算周期也??更长。??（２）网格的疏密??根据所研宄结构上不同应力分布特征，在应力相对较大的区域网格划分密集一些，??在应力较小地方网格可以划分的较稀疏。这样划分出来的网格不但能够获取高精度的结??果，同时缩短了计算所需时间。??（３）网格的质量??在划分网格时要保证其外形和质量，提升最终分析结果的精度。??根据上述要求，从有限元模型的精确度和车架尺寸等方面综合考虑，划分的网格尺??寸大小取５ｍｍ。虽然对车架横纵梁上的很多装配孔、工艺孔做了化简处理，但横梁和??纵梁之间的铆接孔以及一些直径相对较大的减重孔依然存在。若在划分网格时不做任何??处理，可能会在孔边缘出现网格质量差的情况，影响计算结果。针对这种情况，本文采??用圆环法划分，利用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件中的ｗａｓｈｅｒ?ｓｐｌｉｔ在孔的周围加一个更大直径的同??心圆，这样的好处是在生成的圆环之间可以划分出规整的网格，同时外圈的周长较大，??便于分布更多的节点，使外围生成的网格质量更高。图３．４为圆环法生成的网格。??１９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]某专用车辆车架多工况拓扑优化设计[J]. 解运,何颖,王青春. 农业装备与车辆工程. 2018(02)
[2]基于灵敏度分析的客车骨架优化分析研究[J]. 魏允. 中州大学学报. 2011(03)
[3]HyperMesh有限元前处理关键技术研究[J]. 边弘晔,李鹤,闻邦椿. 机床与液压. 2008(04)
[4]有限元技术在载货车辆车架分析中的应用[J]. 廖日东,王健,左正兴,冯慧华. 车辆与动力技术. 2006(02)
[5]重型专用车车架轻量化结构优化设计[J]. 成耀龙,马力,王皎. 专用汽车. 2006(02)
[6]CJ6121GCHK型客车车身骨架有限元建模及结果分析方法研究[J]. 王海霞,汤文成,钟秉林,宋卫,封彪. 汽车工程. 2001(01)
[7]轻型载货汽车发展趋势分析[J]. 曹红. 汽车科技. 2000(04)
[8]汽车车架设计计算的有限元法[J]. 谷安涛,常国振. 汽车技术. 1977(06)
硕士论文
[1]某载货车车架结构分析及拓扑优化[D]. 刘蕾蕾.长安大学 2017
[2]某乘用车白车身模态分析及结构改进研究[D]. 朱伟华.华南理工大学 2017
[3]重型货车车架有限元分析与结构优化[D]. 周文.安徽理工大学 2017
[4]基于HyperMesh的高强度车架轻量化分析研究[D]. 董浩博.西华大学 2017
[5]基于HYPERMESH和OPTISTRUCT的某卡车车架轻量化研究[D]. 张志鹏.长安大学 2017
[6]半挂车车架有限元分析与轻量化研究[D]. 鲁付杰.中原工学院 2017
[7]轻型载货汽车车架总成结构的分析与优化[D]. 胡春雨.江苏大学 2016
[8]基于CATIA与ANSYS货车车架结构分析[D]. 李小波.长安大学 2014
[9]车架结构轻量化设计研究[D]. 赵紫纯.中北大学 2013
[10]基于有限元法的货车车架静动态特性分析[D]. 丁芳.合肥工业大学 2012
本文编号：3622275
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