重型载重汽车车架轻量化设计研究

发布时间：2017-05-24 06:10

  本文关键词：重型载重汽车车架轻量化设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济全球化进程的不断加快,我国对国际能源及原材料市场的依赖程度不断加深,当前国际原油及工业原材料价格的不断攀升,对我国的经济发展造成的极大的负担。汽车作为耗油大户,其节能与否已直接影响到我国整体的能源消耗水平,国家对此高度重视。由于汽车轻量化对节能增效的巨大意义,国际各大汽车生产商都在尽可能的情况下减轻车身质量。汽车的轻量化设计技术已经成为目前汽车研究领域的研究热点之一。 车架是重型载重汽车的重要部件,支承着发动机、离合器、变速器、转向器、驾驶室、和货箱等所有簧上质量的有关机件,承受着传给它的各种力和力矩。此外,由于重型载重汽车的使用条件十分恶劣,受力状况非常复杂。车架应有足够的弯曲刚度,以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小;车架也应有足够的强度,以保证其有足够的可靠性与寿命,纵梁等主要零件在使用期内不应有严重变形和开裂。车架刚度不足会引起振动和噪声,也使得汽车的乘坐舒适性、操作稳定性及某些机件的可靠性下降。但车架的扭转刚度又不宜过大,否则将使车架和悬架系统的载荷增大并使汽车轮胎的接地性变差,使通过性变坏。因此,如何设计出满足使用要求的轻量化车架成了一项具有挑战性的工作。 有限元法已经成为现代汽车设计的重要工具之一,与传统的设计方法相比,它的优势在于提高汽车产品的质量、降低产品开发与生产制造成本,提高汽车产品在市场上的竞争力。为了促进车架设计水平的提高,保证整车在市场上的竞争能力,必须将车架有限元分析技术提高到战略的高度上来。 本文基于ANSYS软件建立了车架结构的实体单元模型,对汽车车架结构进行静力和动力分析的研究。首先,对ANSYS进行了简要的介绍,为车架结构进行有限元分析做好准备工作;其次,以某重型载货汽车车架结构为研究对象,利用ANSYS建立了车架结构有限元的实体单元模型,对车架建模过程进行了研究;再次,对车架结构的静、动态特性进行深入研究,对车架进行性能分析评价;最后,建立车架结构简单的梁单元优化模型,以车架纵梁截面尺寸作为设计变量,以车架总体积为设计目标,运用ANSYS优化模块对车架结构的轻量化设计进行初步的探讨。 本文的研究说明有限元法和Ansys软件为车架结构及动力特性的仿真以及轻量化设计提供了良好的基础理论及方法,借助于它们对车架结构的轻量化设计研究具有非常重要的工程价值。
【关键词】：车架 轻量化设计 有限元法 Ansys软件 结构分析 优化设计
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：U463.32
【目录】：

• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题的来源与背景8-9
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 课题背景8-9
• 1.2 论文选题的意义与目的9-11
• 1.2.1 轻量化设计技术有利于汽车产业的可持续发展及汽车性能的提高9-10
• 1.2.2 提高载重汽车设计技术水平10-11
• 1.2.3 论文选题的目的11
• 1.3 有限元法在车架轻量化设计中的应用现状及存在问题11-15
• 1.3.1 车架结构设计与分析简述11-12
• 1.3.2 车架结构有限元模型的形式12-13
• 1.3.3 车架结构有限元分析类型13-14
• 1.3.4 有限元法在车架结构分析中存在的问题14-15
• 1.4 本文主要的研究内容15-16
• 第二章 重型载重汽车车架的设计16-24
• 2.1 重型载重汽车车架综述16-20
• 2.1.1 车架的功用16
• 2.1.2 对车架的要求16-17
• 2.1.3 车架类型的选择17-18
• 2.1.4 车架宽度的确定18
• 2.1.5 车架纵梁形式的确定18-19
• 2.1.6 车架横梁形式的确定19-20
• 2.2 车架的制造工艺及材料20
• 2.3 车架的受载分析20-21
• 2.4 车架纵梁的弯矩计算21-24
• 2.4.1 纵梁的弯矩计算21-22
• 2.4.2 车架纵梁抗弯刚度校核22-23
• 2.4.3 车架的扭转刚度23-24
• 第三章 有限元法及 Ansys软件24-36
• 3.1 有限元法的要点和特性24-25
• 3.1.1 有限元法的要点24-25
• 3.1.2 有限元法特性25
• 3.2 有限元法的发展和现状25-28
• 3.3 Ansys软件介绍及有限元分析步骤28-35
• 3.3.1 Ansys软件介绍28-30
• 3.3.2 Ansys的分析步骤30-35
• 3.4 ANSYS软件的特点35-36
• 第四章 车架结构的有限元模型的建立36-41
• 4.1 车架的几何模型的建立36-37
• 4.1.1 坐标系的确定36
• 4.1.2 运用 UG软件建立车架的三维几何模型36-37
• 4.2 车架有限元模型的建立37-41
• 4.2.1 将车架的几何模型转化为igs格式的文件37-38
• 4.2.2 车架有限元模型的建立38-41
• 第五章 车架结构性能分析41-50
• 5.1 车架结构的静力性能分析41-46
• 5.1.1 静力分析基本概念及流程41-42
• 5.1.2 车架结构静力分析工况及约束处理42-43
• 5.1.3 车架分析及结果43-45
• 5.1.4 车架结构静力分析结果评价45-46
• 5.2 车架结构的动力性能分析46-50
• 5.2.1 结构动力性能分析的方程46
• 5.2.2 刚度矩阵和质量矩阵的形成46-47
• 5.2.3 车架的模态分析结果47-50
• 第六章 车架结构轻量化设计研究50-70
• 6.1 优化设计理论基础50-59
• 6.1.1 优化设计概述50-51
• 6.1.2 优化设计的数学模型及构成要素51-54
• 6.1.3 建立数学模型需要注意的问题54-55
• 6.1.4 参数优化方法适用范围55-57
• 6.1.5 选择优化方法的标准及有关经验57-59
• 6.2 Ansys软件的优化设计59-61
• 6.2.1 Ansys的基本优化方法59-60
• 6.2.2 Ansys软件中优化设计数学模型建立的原则60-61
• 6.3 车架优化设计模型的建立61-67
• 6.3.1 构建参数化有限元模型61-62
• 6.3.2 生成分析文件62-65
• 6.3.3 定义优化变量65-66
• 6.3.4 设置并运行优化66-67
• 6.4 优化结果及分析67-70
• 6.4.1 优化变量的变化分析67-69
• 6.4.2 车架弯曲刚度的变化分析69-70
• 第七章 结语70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-74

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王宏斌;;盘式制动器轻量化设计研究[J];汽车零部件;2011年08期

2 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

1 古迎春;DL4100型半挂牵引车车架强度分析与优化[D];太原理工大学;2011年

2 孙根柱;基于HyperWorks的半挂车车架有限元分析和轻量化研究[D];青岛理工大学;2010年

3 王宏斌;基于CAD/CAE技术的盘式制动器结构轻量化设计研究[D];上海交通大学;2012年

4 刘云;拖拉机驾驶室的有限元分析及优化设计[D];南京农业大学;2010年

5 顾祥军;基于有限元法的剪板机机架优化设计与分析[D];南京农业大学;2009年

6 刘威;某重型载货汽车车架的设计分析与实验研究[D];湖南大学;2011年

7 张阿玲;一种电动汽车车身、车架结构设计及其性能优化[D];中北大学;2012年

8 王其光;翼展车厢有限元分析与轻量化设计[D];烟台大学;2007年

9 张宏涛;两级扭杆弹簧的结构设计与有限元分析[D];南京航空航天大学;2007年

10 范东林;铰接式自卸汽车车架设计方法研究[D];河南科技大学;2008年

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本文编号：389968