散装水泥半挂运输车车架建模及有限元分析

散装水泥半挂运输车车架建模及有限元分析
散装水泥半挂运输车车架建模及有限元分析

毕业设计说明书(论文)

作者:学号:

学院:机械工程学院

系(专业):车辆工程

题目:散装水泥半挂运输车车架建模

及有限元分析

指导者:教授

(姓名) (专业技术职务)

评阅者:

(姓名) (专业技术职务)

毕业设计(论文)中文摘要

散装水泥半挂运输车车架建模及有限元分析

摘要:

近些年来,中国的基础设施不断完善,高速公路和干线公路网的形成使得公路运输逐渐成为我国客货运输的基本方式。中国经济蓬勃发展,尤其是房地产行业膨胀式发展,对水泥产生了大量的需求,散装水泥半挂运输车在这种背景下扮演着越来越重要的角色的同时,对运输车提出了更高的要求。计算机的普及和UG, hypermesh相关软件的应用为这种功能的实现提供了可能。

首先,利用UG建立了散装水泥半挂运输车车的三维模型,该模型满足了设计的所有参数要求。然后再利用 hypermesh 对所导入的模型进行有限元分析并求解静态完全均布载荷下的弯曲或者扭转工况下的应力应变,结果表明该车具有足够的强度和刚度。

关键词:半挂运输车 UG建模 hypermesh 有限元分析

毕业设计(论文)外文摘要

Title Bulk cement semi-trailer truck frame modeling and finite element analysis

Abstract

China's infrastructure have a great improvement in recent years, especially in the formation of freeway and arterial highway network, which makes the road transportation has gradually become the basic mode of passenger and cargo transportation in our country. China's economy is becoming hoter, especially the real estate industry development, makes a

lot of demand. Under this background the cement bulk cement and transport vehicle plays a more and more important role, which also puts forward higher requirements on transport vehicle. The popularity of computer and UG, hypermesh software applications for the realization of the function of this provide the possibility.

First of all, bulk cement semi-trailer truck car was established based on UG three-dimensional model and all the parameters of the model meet the designed requirements. Hypermesh can be applied to analyze the imported model under statically uniformly distributed load of bending or torsion conditions of stress and strain by finite element analysis .The result prove the vehicle, which has enough strength and stiffness.

Keywords:The semi-trailer truck UG model hypermesh finite element analysis

目录

一绪论 .......................................................................................................................... - 1 -

1.1本课题产生的时代背景 (1)

1.1.1 我国公路与汽车发展的概况........................................................................ - 1 -

1.1.2 我国水泥市场的发展与竞争........................................................................ - 2 -

1.1.3 我国水泥车市场的困境................................................................................ - 3 - 1.2半挂运输车在国内外的发展状况.. (4)

1.3汽车与计算机技术的结合 (5)

1.3.1 计算机软硬件的发展.................................................................................... - 5 -

1.3.2 现代汽车发展要求........................................................................................ - 5 -

二、散装水泥半挂运输车 .............................................................................................. - 6 -

2.1散装水泥半挂车的基本介绍 (6)

2.1.1半挂车的基本结构......................................................................................... - 6 -

2.1.2 半挂车的分类................................................................................................ - 6 -

2.1.3 散装水泥半挂运输车的工作原理................................................................ - 8 - 2.2半挂车车架 (8)

2,2.1 车架的基本构成............................................................................................ - 8 -

2.2.2有限元发展在车架方面的应用..................................................................... - 8 -

三、散装水泥半挂运输车车架的建模 .......................................................................... - 9 -

3.1UG软件的介绍 (9)

3.1.1 UG软件的发展及在我国的应用................................................................... - 9 -

3.1.2 UG软件基本功能的介绍............................................................................. - 10 - 3.2车架建模. (11)

3.2.1 车架零部件三维模型.................................................................................. - 11 -

3.2.2 UG建模过程中的问题及解决方案............................................................. - 15 -

3.2.3 车架总体建模展示...................................................................................... - 16 -

3.2.4 组装过程遇到的问题及解决方案.............................................................. - 17 -

四. 散装水泥半挂运输车车架有限元分析 ................................................................ - 18 -

4.1有限元方法简介 (18)

4.1.1 有限元分析的基本思想.............................................................................. - 18 -

4.1.2 有限元分析的基本步骤.............................................................................. - 18 -

4.1.3 有限元分析的优点...................................................................................... - 19 - 4.2有限元分析软件HYPERMESH简介 .. (20)

4.2.1 hypermesh介绍........................................................................................... - 20 -

4.2.2 hypermesh的优势..................................................................................... - 20 -

4.2.3 本次毕设所涉及的内容.............................................................................. - 21 - 4.3散装水泥半挂运输车车架的有限元模型建立 .. (22)

4.3.1 静态完全均布载荷静态弯曲工况.............................................................. - 22 -

4.3.2 静态完全均布载荷静态扭转工况.............................................................. - 24 - 结论.............................................................................................................................. - 27 - 参考文献 .................................................................................................................. - 28 - 致谢............................................................................................................................. - 30 -

一 绪论

1.1 本课题产生的时代背景

1.1.1 我国公路与汽车发展的概况

改革开放后尤其是近10多年来,我国经济继续保持着良好发展的态势,国内的各项基础设施也在不断地完善,交通运输业也取得了长足的发展。到2012年末,我国的公路里总数与公路密度的情况与发展可参考下图

:

我国公路业的多年的长足发展,使得我过得干线公路和高速公路网基本形成。另一方面我国已经成为第一生产大国,截止到2013年,我国汽车保有量将近1.37亿辆 ,从2003年至2013年这10年期间,我国汽车行业迅速发展,保有量也大幅增加,从2003年的2400万辆增长到2013年的1.37亿辆,年均增加大约达到1100万辆,这10年间汽车数量增加了4.7倍。增加的车辆必然导致公路上汽车流量的增大,反过来这也是一种重要的参考。我国国道和高速公路日均交通量和发展趋势请参看下图:

图1-1 2008-2012年我国公路总里数

与公路密度的发展

图1-2 2008-2012年国道和高速公路的日平均交通量

这些因素都促进了公路运输的发展,使公路运输真正起到综合运输的基础性作用、协同作用和使得全国形成一个比较完整的大动脉。交通运输具有适应性强,直达运输等优点时期逐渐成为主要的运输方式,尤其是中短途和边远山区的运输。

1.1.2 我国水泥市场的发展与竞争

我国房地产的火爆,基础建设桥梁,道路等各方面都促进了对水泥的需求,早在2001年,中国水泥不仅在产量和而且在消费量都达到了世界第一,在世界占到34%,在亚洲更是超过了一半达到了57%。当时我国水泥年产具体为7.1亿吨,是世界名副其实第一水泥大国。这种趋势并没有停止,在2012年时水泥产量更是达到221000万吨,产量接近全球的60%,我国水泥产量大的同时依然保持着较快的增长,图1-3为2013年相比于2012年的增长: 2013年全国的经济陷入低迷,但是水泥行业的增长率仍能达到9.6%的增长率是十分不容易的,水泥行业的前景还是十分乐观的。庞大的水泥量必然需要运送,这就为水泥车的设计和运输提供了需要和更高的要求。

图1-3 2013年我国水泥日均产量及同比增速

1.1.3 我国水泥车市场的困境

我们必须清楚的是,尽管市场需求量不断增长,但是市场竞争也变的越来越激烈。水泥市场的高利润,促使了对水泥车的需求,外加上这种运输车所需的技术不多,使得企业的进入相对比较容易,只要有一定的资本,就可以进入,因此生产厂家众多,良莠不齐,一些小厂的年产量一般在200台以下,这么多的生产企业是导致散装水泥运输车行业竞争激烈的直接原因。众多企业抢夺利润,必然会导致零和竞争,引起企业大打价格战,微薄的利润必然使企业无力投入研发,不利于企业产品质量的提高,长期以往,对我国散装水泥运输车行业发展极为不利,,如果想要健康持续发展,必须扭转这一局面。散装水泥运输车行业内多数企业没有真正意义上的知识产权,新产品开发的种类各厂家基本雷同或者参考国外国产散装水泥运输车在技术和工艺上与发达国家的相比仍存在不不小的差距。尽管从目前的数据来看,国内的散装水泥运输车市场是依然走高,出现的这些问题可能对企业的利润影响不大,但是利润总会慢慢减少,要想真正提高企业的核心竞争力,在众多的企业中脱颖而出,企业必须在质量上下功夫,反之,则很可能像国产手机市场那样大打价格战,最终整个行业陷人困境。这种局势也为我们的研发提供了需求和要求。

1.2 半挂运输车在国内外的发展状况

近几年,半挂车市场十分火爆,火热的市场更是催生了许多半挂车生产企业,这也造成了目前半挂车企业良莠不齐。根据有关数据,截止到2007年,我国半挂车的产量达到11万7 137辆,比往期增长31.8%,可以说半挂车运输是今后道路运输的发展趋势之一,市场前景非常看好[1]。汽车运输得到了快速发展,其中汽车运输主要朝着散装和集装箱运输的方向发展,散装物料运输,就是在粉末状等物质的运输过程中,不再采用其它的包装措施,而在专用散装运输车中散装水泥运输车得到广泛的应用。与此同时我国正处于城镇化的剧烈变迁中,各方面的建设都离不开对水泥的需求,散装水泥半挂运输车是装载量大、运输效益高、市场需求量大的专用汽车品种之一,可以完成对散装水泥的长途运输任务。随着科学技术的日新月异, 制造业在具体机械上是数字的智能的,在生产销售商是网络的全球的, 产品生产周期逐渐变短的同时, 新产品也更快的走向了市场, 机械设计与机械制造的效率对产品的开发效率也就起着决定性的影响[21]。

由于专用汽车可提高运输的效率和经济性,发达国家专用汽车的保有量已占运输车的70-80%,欧洲甚至有人提出过“为减轻1 g自质量而努力”的口号,随着国内用户理念的不断走向成熟,用户的买车意向也逐渐发生了变化,由以前的“超载型”转为便捷的“轻型车”。而我国的专用汽车的发展还不能满足经济建设的要求,保有量远远不够,随着我国治理超载、超限工作的逐步深化,运输车超载在以后是必然严惩的。在这样的情况下,挂车制造商面临着严重的挑战,如何设计方能使挂车更加轻量化,尽可能的提高车辆的载质量利用系数并提高车辆有效的承载能力就变得越来越迫切[1 17]。水泥散装化是现代文明的重要标志之一,发展散装水泥是建设和谐社会的客观需求,更是循环经济的具体体现。

发达国家早在20世纪60年代末就实现了水泥运输从袋装到散装的转变,散装率普遍超过了70%,美德日俄等技术比较先进的甚至达到了90%以上。但是我国到2004年水泥的散装率仅仅是33.47%,只是达到了发达国家三分之一的水平,要在根本上得到改观,即使达到70%,也需各方面多年共同的努力,其中即蕴含了散装水泥车极大的市场空间[25]。各种因素的综合影响使得专用汽车越来越受到企业的和社会的重视,尤其是半挂车作为专用车中用量较大的车型,如果能设计得好,不仅可以节约原材料的使用,降低生产成本,还可以在节约燃油的同时提高安全性。现在城市雾霾越

来越严重,节能减排是未来的发展潮流,各生产厂家应根据市场的变化,开发出满足客户需求的产品,不仅可以增加销量,还可以提高企业产品的市场竞争力。

1.3 汽车与计算机技术的结合

1.3.1 计算机软硬件的发展

我们清楚地看到计算机技术的进步改变世界上几乎所有行业的工作方式,使人们的脑力活动不再那么繁重,1946年2月14日,ENIAC的诞生标志着计算机时代的到来。计算机制造之初体积庞大,贵重,不是普通人可以使用的,但是随着计算机的不断发展为我们提供了更多的可能。

计算机到第四代时有了明显的变化,随着大规模集成电路的成功制作,计算机的体积和性能都得到了改善。集成更高的大容量半导体存储器作为内存储器,发展了并行技术和多机系统,软件系统工程化、理论化,程序设计自动化。微型计算机在社会上的应用范围进一步扩大,计算机几乎目前存在的所有领域,并带来了巨大的影响。

计算机的每一次发展,都伴随着技术的某种进步,成本体积在不断地缩小,在20世纪90年代之后已经进入了中国的千家万户,这为我们应用笔记本解决工程问题提供了支持,计算机硬件不断改变的同时软件也有了长足的发展。

第一代软件是用机器语言编写的,机器语言采用的都是二进制,只有专业人员可以编写程序,使得计算机得不到推广使用。第二代软件中使用的是高级语言,它的指令形式跟自然语言和数学比较类似,因此在学习、编程和可读性方面都有改进,但是高级语言的执行必须先变为机器语言,因此高级语言不但运行效率不高,所占用的软硬件资源还大。随着软件数量急剧膨胀出现了很多严重问题,主要表现在维护工作上,软件以令人惊讶的比例消耗资源并酿成了软件危机。因此,1968年在德国召开国际会议分析研究了软件危机问题,提出“软件工程”这个概念。这次的会议极大促进了软件的发展。再后来比较重大的事件是万维网技术的攻克,使得人机可以更加有效的互动,技术人员可在网上找到相应的资料。

1.3.2 现代汽车发展要求

现代汽车的要求与设计之初有着很大的区别,汽车作为一个成熟的产品正在全国各地奔驰,可能是华北的平原地区,也可能是东北的严寒地区,可能是海南的赤道炎热地区,也可能是西藏的山区地区等等,不同的工作坏境意味着看中的性能不大一样,这是产品细分的原则,也是汽车产品逐步特种化的一个体现,思考每一种工况下汽车的合理设计是我们这些研发人员的工作。

另外一个比较重要的问题是,全球现在资源紧张,污染严重,很多城市严重的雾霾是由于汽车尾气的大量排放导致的。这就对汽车的设计提出了新的要求,汽车的质量应当越来越轻,不断地向轻量化发展,但是汽车的刚度和强度也不能下降,这就是一个挑战,计算机的发展为我们解决这个问题提供了一个契机,UG,CAD,CAE, hypermesh,ADAMS 等等软件的发展使得我们可以更好地模拟实际的工况,更加全面的把握问题的所在,节约了时间的同时,还提高了产品的质量。

计算机技术与汽车技术的结合,相信可以大幅的提高产品的经济性和使用性,满足包括水泥行业在内的各种行业的需求,这也是我们持续努力的方向。

二、散装水泥半挂运输车

2.1 散装水泥半挂车的基本介绍

2.1.1半挂车的基本结构

半挂车是指将车抽(单轴或多轴)置于车辆质心(均匀载荷时)后面,并且具有可将水平力和垂直力传递给牵引车的牵引连接装置的被牵引车辆。半挂汽车是由牵引车和半挂车两大部分组成, 牵引车是由整车厂制造, 半挂车则由专业汽车改装厂改装生产。总体尺寸进行布置组成梁格式的框架结构,基本结构一般还有:牵引销,牵引座,支撑装置,纵梁,车轮,悬架,制动系统,横梁。

2.1.2 半挂车的分类

全部半挂车可详细分为以下几种:平板半挂车,栏板半挂车,车辆运输半挂车,液体罐式半挂车,气体罐式半挂车,粉粒物料罐式半挂车,半挂工程车,集装箱半挂车,仓栅式半挂车,自卸半挂车,厢式半挂车,其它半挂车。散装水泥半挂运输车属于粉粒物料罐式半挂车,上户吨位10吨到35吨不等,长度一般不超过15米,轴数一根到三根不等。可参考图片:

图2-1 散装水泥半挂运输车

散装水泥汽车有三种:

1.重力卸灰汽车:散装水泥汽车的鼻祖。基本构成:自卸汽车加上货厢顶盖组成。基本原理:水泥在卸货时,货厢倾起由于重力的缘故会自动卸出。不足是水泥卸的位置必须低于车厢,水泥飞扬比较严重。

2. 机械卸灰汽车:最大特色在于:在汽车上的安装螺旋输送机,可以通过调节螺旋输送机的位置,调节水泥卸载的高度,水泥飞扬也很少,解决了重力卸灰车的问题,但卸灰机件的磨损十分严重。

3. 气力卸灰汽车:现在主流的水泥车,最大载重量可达百吨级,货厢多为罐式,立置或斜卧在汽车车架上。加灰时可以通过罐上部的一个或多个加灰口。基本原理:利用空气压缩机卸灰,从罐底进入的压缩空气,先是经过透气层,然后分成细流充入水泥,最后形成均匀的水泥与空气的混合物,由于容器内外不同的压差,水泥可以沿着卸料管流出。优点是:卸灰快,水泥飞扬少,受高度和距离的限制极小,不受风雨天的影响。

2.1.3 散装水泥半挂运输车的工作原理

工作时,半挂车车架下端的牵引销通过与牵引车的牵引座相互配合来牵引半挂车行驶,并在转向时完成牵引车和半挂车之间的相互转动。载荷通过牵引销座和悬架系统分配到牵引车和半挂车车轮,当脱离牵引车时,半挂车前部由支撑装置支撑。半挂车制动通过制动系统与牵引车连同,达到二者同时制动[24]。

半挂式散装水泥车的特殊之处在于罐体,罐体内部由滑料板、筛形板、气舱和料舱组成,水泥从罐体上部入灰口装入料舱,在卸水泥时,不断向气舱内部充压,高压气体使水泥在气流的压力下呈半流体状流到工作场所。主要的工况为水泥的自重载荷、卸载时气压和水泥自重的共同作用以及运输时的惯性载荷[14]。

2.2 半挂车车架

2,2.1 车架的基本构成

半挂车车架通常采用两根纵梁、两根边梁和若干横梁按车架[5]。其中车架主要是由纵梁和横梁组成。半挂车的车架主要有:平板式,鹅颈式和凹梁式三种。

平板式车架具有平直的货台,位于车轮之上,可以充分利用牵引车和半挂车的牵引部分的以上空间,因此货台面积较大,这种车架结构优势在于比较简单,制造容易,多用于超重型挂车。

鹅颈式车架亦称阶梯式,车架虽然呈阶梯形,货台平面在鹅颈之后,从而使货台主平面降低,便于货物的装卸和运输,但是车架的受力情况不如平板式车架好。

凹梁式车架其货台呈凹形,具有最低的承载平面,一般适用于运输大型或超高的设备。

散装水泥车一般采取第二种方式。汽车车架作为汽车总成的一部分,道路以及各种载荷很多都作用在车架上,尤为指出的是汽车车架是很多重要部件的载体,其性能与整车性能直接相关,所以车架的强度刚度是汽车总体设计中十分关键的一环。

2.2.2有限元发展在车架方面的应用

车架是半挂车的主要承载部件, 承受复杂的空间力系作用,需要进行有限元分析

确保车架有足够的抗弯强度和抗扭强度。车架支撑着发动机,离合器等部件,各种部件都将力或者力矩传递给车架,其可靠性关系到整车能否能够正常行驶以及汽车的安全性能.过去汽车移函数选取合理,不断缩小范围,求得近似解,这种方法不仅费用大,试制周期长,多种方案之间也不利于评价和比较。

对车辆轻量化和降低成本的要求越来越高,,随着计算机技术的发展,现普遍将有限元法应用到车架强度的计算中.实践证明,有限元分析是一种有效技术有段,有限元分析技术与汽车主要技术的各个方面都有结合,主要有以下方面:

1.结构强度、刚度和模态分析及结构优化设计

2.NVH的有限元分析

3.碰撞和安全性的分析

4.整车性能的分析评价与预测

本次课设中主要涉及的是第一方面,车身作为主要的承载部件,其刚度和强度极为重要,必须有足够的疲劳强度,有限元分析可以满足要求的同时,缩短了研发周期,节约了成本,可以在较短的时间内得出多种方案,有利于比较,实现结构的优化。

三、散装水泥半挂运输车车架的建模

3.1 UG软件的介绍

3.1.1 UG软件的发展及在我国的应用

UG是Siemens 出品的一个产品工程解决方案,它的出现使得工程设计人员的工作量大幅减少。McDonnell Douglas Automation公司于1960年正式成立。1976年,该公司收购United Computer公司,Unigraphics雏形产品问世。后来逐渐进入市场,开始为波音公司提供CAD,CAE,CAM的标准,后来又可以实体建模,曲线建模,装配等等。2002年推出了 UG NX 1.0,继承了UG18的优点的同时,使得功能更加强大,更加完美。2005年推出的NX4.0,具有崭新的体系,使得开发和应用更加的简单明快。本次毕设采用的是NX8.0,具有有限元的分析功能,但考虑到这方面Hypermesh一直做得最好,在本次毕设中便没有采用。

Unigraphics软件是世界上顶尖的设计、工程及制造系统于一体的软件,并在80年代后期开始引进我国, 广泛的应用在航空航天、汽车、通用机械、模具等领域。以我国发表的关于UG论文的数量而论,我国关于UG的论文研究最早发布于1992年。近些年来,关于UG研究论文不断增加,越来越多。其中, 1992 -2000年这9年是起步时期,每年发表的论文数不足一百; 2001 -2004年的这段时间属于发展期,每年发表的论文数量都超过三位数; 2005年后的高潮期,每年发表的论文都达到500篇左右,短短的3年共发表论文1 515篇,占论文总数的61.19%。这些数据表明UG在国内应用更加普及,还说明很多企业、科研机,学校已经认识到ug的重要性,投入的研究也越来越大。

3.1.2 UG软件基本功能的介绍

经过50余年的不断发展完善,UG的各方面能得到不断地修正与加强,目前主要有以下方面:

工业设计:解决工业设计与风格的问题,在此板块下,可利用渲染和可视化工具尽可能的满足审美要求。

产品设计:NX的机械设计和制图功能十分强大,在制造设计的过程中具有高性能和灵活性,可以满足复杂产品的需要,适应不同的客户。

NC加工:UG NX加工基础模块是UG所有的加工模块连接的一个基础框架,它为UG NX所有加工模块提供一个相同的、界面友好的图形化窗口环境。

模具设计:关键是做好分模工作,UG在这方面做得非常好,因此广泛的流行。

此次毕设中主要应用到的是实体建模和相关的组装,可参考以下图形:

图3-1 UG装配过程一

图3-2 UG装配过程二

3.2 车架建模

3.2.1 车架零部件三维模型

利用UG软件来建立各个部件的三维空间图,这些部件主要包括:纵梁腹板、前边梁、牵引板支撑、横梁、后边梁、牵引销板、上翼板、下翼板。这些部件都是利用UG软件中的草图,实体,拉伸等特征或特征操作生成的。

纵梁腹板结构如图所示:

该腹板的左右是不对称的,需要在草图中逐一画出,然后拉伸。

前边梁的结构如图所示:

牵引板支撑有三种不同的尺寸,但基本结构类似现只展示其中一种,如下图:

后边梁结构如下图:

图3-3 纵梁腹板

图3-4 前边梁 图3-5 牵引支撑板

牵引销板结构如下图所示:

横梁一需要三个,结构如下图所示:

图 3-6 后边梁

图3-7 牵引销板

横梁二一个,结构如下图所示:

横梁三也是一个,结构如下图所示: 图3-8 横梁一 图3-9 横梁二

图3-10 横梁三

3.2.2 UG建模过程中的问题及解决方案

到此基本完成了车架零部件的建模,设计过程中,老师给的资料给了我很大的帮助,在一些二维图纸的参考下,成功建立了三维模型,没有这个,真不知道从何做起。但是在这些图纸中并不是所有的参数都是给定的,有一些尺寸可以运用尺寸标注这个工具解决,但是有的是标不出来的,只能通过对照车架总成的二维视图,找到各个零件的对照部分,然后弄出尺寸。这是非常重要的一点,在零部件的建模过程中,有一个部件出现了错误,在改正的过程中,不小心把装配的约束给去掉了,在继续添加部件时一直达不到理想的效果,已经成型的车架模型跟散了架似得,多次尝试没有结果后,只能决定重新建模,浪费了许多时间和精力,深刻的体会到二把刀的痛苦。

出现错误时的状况也在此展示一下,并引以为戒:

车架有限元分析

1前言 车架是汽车的主要部件。深人解车架的承载特性是车架结构设计改进和优化的基础。过去汽车设计多用样车作参考,这种方法不仅费用大,试制周于精确解。因此,正确建立结构的力学模型,是分析期长,而且也不可能对多种方案进行评价。现代车架设计已发展到包括有限元法、优化、动态设计等在内的计算机分析、预测和模拟阶段。计算机技术与现代电子测试技术相结合已成为汽车车架研究中十分行之有效的方法。实践证明,有限元法是一种有效的数值计算方法,利用有限元法计算得到的结构位移场、应力场和低阶振动频率可作为结构设计的原始判据或作为结构改进设计的基础。 2车架的静态分析 2.1力学模型的选择 有限元分析的基本思想,是用一组离散化的单元组集,来代替连续体机构进行分析,这种单元组集体称之为结构的力学模型;如果已知各个单元体的力和位移(单元的刚度特性),只需根据节点的变形连续条件与节点的平衡条件,来推导集成结构的特性并研究其性能。有限元的特点是始终以矩阵形式来作为数学表达式,便于程序设计,大量工作是由电子计算机来完成,只要计算机容量足够,单元的剖分可以是任意的,对于任何复杂的几何形状,多样化的载荷和任意的边界条件都能适应。然而,由于有限元是一种数值分析方法,计算结果是近似解,其精度主要取决于离散化误差。如果结构离散化恰当,单元位移函数选取合理,随着单元逐步缩小,近似解将收敛于精确解。因此,正确建立结构的力学模型,是分析工作的第一步目前采用有限元分析模型一般有如下两种:梁单元模型和组合模型等。梁单元模型是将车架结构简化为由一组两节点的梁单元组成的框架结构,以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。其优点是:划分的单元数目和节点数目少,计算速度快而且模型前处理工作量不大,适合初选方案。其缺点是:无法仔细分析车架应力集中问题,因而不能为车架纵、横梁连接方案提供实用的帮助。组合单元模型则是既采用梁单元也采用板壳单元进行离散。在实际工程运用中,由于车架是由一系列薄壁件组成的结构,且形状复杂,宜离散为许多板壳单元的组集,其缺点是前处理工作量大,计算时间长,然而随着计算机技术的不断发展,这个问题已得到了较好的解决,而且由于有大型有限元软件支撑,巨大的前处理工作量绝大部分可由计算机完成,也不是制约板壳元模型实际运用的困难了。这种模型使得对车架的分析计算更为精确,能为车架设计提供更为有利的帮助。 2.2车架的计算方法 汽车车架的主要结构形式为边梁式车架,货车车架纵梁截面多为槽形,横梁截面可为槽

车架有限元分析

目录 一结构简介 (1) 二计算载荷工况 (2) 三有限元模型 (5) 四静强度分析结果 (10)

一、结构简介 本次作业以某转向架构架为几何模型,进行静强度分析,下图为本次计算针对的某型转向架几何模型,结构上由侧架、摇枕、转臂座、齿轮箱吊挂、轴箱吊挂、一系减震器座等组成。整个计算主要分为网格划分和静强度计算两个过程。 图1 某型转向架几何模型(a) 图2 某型转向架几何模型(b) 二、计算载荷工况

根据要求,对转向架采取如下的加载方式: 1、约束 图3 约束要求 如下的局部视图中圈出处即为所加的约束之一; 图4 模型中所加约束之一 在此点出建立Z 方向的 位移约束 在此点出建立X 、Z 方 向的位移约束 在此点出建立X 、Y 、Z 方向的位 移约束 在此点出建立Y 、Z 方 向的位移约束

2、载荷 图5 受力要求 模型中加载作用力的局部视图如下(注:图中坐标系中红色为X 轴,绿色为Y 轴,蓝色为Z 轴); 图6 Z 轴正向26.2kN 的力 在此处加26.2KN 的力,力的方向为Z 轴负方向 在此处加26.2KN 的力,力的方向为Z 轴正方向 在此处加45.6KN 的力,力的方向为X 轴正方向中心销半圆内部分(Z 方向距上盖板80mm,距下盖板131mm ,X 方向距离圆心7mm )

图7 Z轴负向26.2kN的力 图8 中心处加载X轴正向45.6kN的力计算工况如下表1所示 表1 工况 工况 横向 (X向) 纵向 (Y 向) 垂向 (Z向) 1 -- -- +

整个模型由两类网格组成:构架采用壳网格单元建立模型,转臂座构件采用六面体网格建立模型;其中壳网格单元以四边形网格为主。有限元模型重量为1422.015kg,结点总数为81382,单元总数为74991。有限元模型如图9~12所示。 图9 壳单元模型(1/4模型) 图10 转臂座实体网格模型

汽车车架的有限元结构分析开题报告修改,胡远鹏_修见

本科生毕业设计(论文)开题报告(含文献综述) ( 2015 届) 题目:汽车车架的有限元结构分析 学生姓名胡远鹏 学号 201102120418 专业班级交通112 学院名称工程学院 指导教师刘达列 2014年 12 月18 日

1 选题的依据及意义 车架作为汽车的承载基体,安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成,承受着传递给它的各种力和力矩。车架工作状态比较复杂,无法用简单的数学方法对其进行准确的分析计算,而采用有限元方法可以对车架的静动态特性进行较为准确的分析,从而使车架设计从经验设计进入到科学设计阶段。汽车工业属于高技术产品,要生产出技术可靠,性能优越的汽车,不应用好的软件进行辅助设计是无法实现的。在汽车结构设计中采用有限元结构强度分析,可以解决以往很多无法解决的问题。 实际工程结构都是复杂的超静定结构,有限元法的基本思想是将一个复杂的结构拆分成“有限”个“单元”,对这些单元分别进行分析,建立其位移内力的关系,将变分原理为工具,将微分方程化为代数方程,再将单元组装成结构,形成整体结构的刚度方程。采用有限元分析方法将一个复杂的分析过程转变成可以解决的多个步骤,为汽车的发展,提高汽车性能,节约汽车研究成本各方面起到了很大的作用。 对汽车车架结构的分析我将采用ANSYS软件,ANSYS是全世界范围内最知名,功能最丰富,使用最多的有限元显示求解程序。其在高速碰撞模拟,乘客的安全性分析,零件制造,机械部件的运动分析等方面都有应用领域。 2 国内外研究现状及发展趋势 2.1 国内 随着我们经济的高速发展,全球化进程的不断加快,汽车是保证和促进发展的一个重要工具。汽车车架作为重型载货汽车的载体,支撑这发动机、离合器、变速器、转向器、驾驶室和箱货等所有车架上的重物,并且使用条件恶劣,情况复杂,因此车架需要足够的强度,刚度,可靠性和寿命。 有限元法已成为现代汽车设计的重要工具之一,与传统设计方法相比,它的优势在于提高汽车产品的质量,降低汽车开发和生产制造成本,提高汽车产品在市场上的竞争力。 到了上世纪80年代初,国际上较大的结构分析通用有限元程序发展到几百种,其中著名的有NASTRAN,ASKA,MARC,GTSTRUD,SAP,ADINA,ANSYS等。ANSYS是由美国ANSYS公司开发的融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大姓通用有限元分析软件。该软件90年代开始

一种轻型货车车架有限元分析与优化

第30卷 第2期 2008年2月 武 汉 理 工 大 学 学 报 JOURNA L OF WUH AN UNIVER SIT Y OF TE CHN O LOG Y Vol.30 No.2  Feb.2008 一种轻型货车车架有限元分析与优化 叶 勤1,邓亚东1,王 彦2,谭 伟2 (1.武汉理工大学汽车工程学院,武汉430070;2.东风汽车股份有限公司,武汉430056) 摘 要: 车架作为整车的一个重要部件,对其进行结构分析与研究具有重要意义,而悬架机构以及连接部件的模拟是建立有限元模型的关键步骤。介绍了以组合单元建立货车车架有限元模型的方法,运用有限元法计算分析车架在典型工况下的应力水平和分布情况,在此基础上对车架进行优化设计,并提出了车架的改进意见。关键词: 车架; 有限元分析; 优化中图分类号: U 436.32 文献标识码: A 文章编号:167124431(2008)022******* Finite E lement A nalysis and Optimization of a Light V ehicle F rame Y E Qin 1,DEN G Ya 2dong 1,WA N G Yan 2,T A N Wei 2 (1.School of Autom otive Engineering ,Wuhan University of T echnology ,Wuhan 430070,China ; 2.Dong feng Autom obile C o Ltd ,Wuhan 430056,China ) Abstract : Frame is the key of vehicles ,s o it is important to analyze and study its structure ,above all ,the simulation of suspension and connecting parts is an important step during the m odel built 2up period.A finite element m odel was established for the frame of light truck based on composite elements ,which was used to analyze the stress level and distribution on the frame in typical conditions.Under the guidance of the analyzed results ,the design of the frame was optimized and the suggestions to design improvement were presented.K ey w ords :  vehicle frame ; finite element analysis ; optimization 收稿日期:2007209218.作者简介:叶 勤(19822),男,硕士生.E 2mail :a010301@https://www.360docs.net/doc/b818325449.html, 车架作为汽车的承载基体,安装着发动机、传动系、行驶系、货厢等簧上质量的有关机件,承受着传递给它的各种力和力矩。车架工作状态比较复杂,无法用简单的数学方法对其各部分的应力状态进行准确的分析计算,而采用有限元方法可以对车架的静动态特性进行较为准确的分析,从而使车架设计从经验设计进入到科学设计阶段。作者运用有限元方法对某货车车架进行强度、刚度分析,并根据分析结果,进行优化设计,提出了改进意见。 1 车架的有限元模型 该车架为边梁式,即车架由2根位于两边的纵梁和7根横梁组成,用铆接方式将纵梁和横梁连接成坚固的刚性结构。以往采用的车架有限元分析模型一般为梁单元模型。梁单元模型是将车架结构简化为由一组梁单元组成的框架结构,以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。此法无法详细分析车架应力集中问题,不能很好地模拟车架纵、横梁的连接状况。在实际工程中,车架是由一系列薄壁件组成,且形状复杂,应利用板壳单元进行离散处理。这种模型可以使分析结果更准确。1.1 部件连接及相互作用的模拟 车架纵、横梁多采用铆钉和螺栓连接。以点对点或节点耦合的方式建立铆接单元夸大了连接部位铆钉处的局部应力特征。实际在铆接预紧力作用下,铆钉孔周向的点大致与铆钉点的位移相协调,因此,可以采用梁

车架有限元分析word版

以ANSYS软件为分析工具对从国外引进的某重型车的车架进行了有限元分析、模态分析和以路面谱为输入的随机振动分析,通过用壳单元离散车架及MPC单元模拟铆打传力建立计算模型,研究该车架静、动态性能,了解该车架的优缺点。 车架是汽车的重要组成部分,在汽车整车设计中占据着重要位置,车架结构设计历来为广大汽车厂商所重视。本文以某汽车公司从欧洲引进的某重型车车架为研究对象,对该车架结构的动、静态特性进行分析计算,消化、吸收欧洲的先进技术并在此基础上进行自主创新设计。分析手段主要是通过建立正确的有限元分析模型,对车架进行典型工况的静态分析、模态分析和路面不平度引起的随机振动分析,以此了解车架的静态和动态特性,了解该车架的优越性能及其不足之处,为新车架的改型设计提供依据。 1 有限元分析模型的建立 该车架为边梁式,由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成,用铆接或焊接方式将纵梁和横梁联接成坚固的刚性结构,纵梁上有鞍座,其结构如图1 所示。由于车架是由一系列薄壁件组成,有限元模型采用壳单元离散能详细分析车架应力集中问题,可以真实反映车架纵、横梁联接情况,是目前常采用的一种模型。该车架是多层结构,纵梁断面为槽形,各层间用螺栓或铆钉联接,这种结构与具有连续横截面的车架不同,其力的传递是不连续的。 该车架长7m,宽约0.9 m,包括双层纵梁、横梁、外包梁、背靠梁、鞍座、飞机板、铸铁加强板、发动机安装板、三角支撑板和后轴等部分。考虑到车架几何模型的复杂性,可在三维CAD软件UG里建立车架的面模型,导人到Hypermesh软件中进行网格划分等前置处理,然后提交到ANSYS解算。车架各层之间的铆钉联接,可以用Hypermesh-connectors中的bar单元来模拟铆钉联接,对应的是ANSYS的MPC单元,因车架各层间既有拉压应力,又有剪应力,故MPC 的类型应选择Rigid Beam方式。由于该车是多轴车,为超静定结构,为了得到车架结构的真实应力分布,必须考虑悬挂系统的变形情况。整个车架结构应力分析的有限元模型由车架有限元模型和悬挂系统等效有限元模型组成,其中纵横梁、加强板等为薄壁结构,以壳单元shell63离散;钢板弹簧、轮胎以弹簧单元模拟;前悬弹赞的模型为在每边纵梁上采用2个弹簧单元,每个弹簧单元通过MPC 与车架联接,后悬弹簧的模型为在每边纵梁上采用1个弹簧单元与车架后轴联接。离散后,壳单元总数为46 770个,MPC单元为1 338个,材料为欧洲高强度材料,屈服极限500 MPa,杨氏模量为200GPa,泊松比0.3。

汽车车架有限元分析参考文献

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EQ1075G车架有限元分析

EQ1075G车架有限元分析 An FEM Analysis of the EQ1075G Frame 蒋光福刘永超耿广锐李智勇刘道勇 (东风汽车公司技术中心) 摘要: 本文对EQ1075G车架进行自由模态和静态应力有限元分析,针对分析结果给出了改进设计建议方案。 主题词:汽车车架模态应力优化设计有限元分析 Abstract This paper has introduced mode and stress FEM analysis for the EQ1075G frame and has put forward improved design structure on this analyzed resolution. Keywords: Automobile Frame Mode Stress Optimization design FEM analysis 一、前言 根据EQ1075G车架产品开发的需要,本文对车架原设计方案进行有限元模态和应力分析,并根据分析结果,提出了改进设计建议方案;同时,对该改进设计建议方案也进行了有限元模态和应力分析,并作出了相应的评价。 二、结构模型化 由于该车架主要是板材结构,因此模型化时主要采用板单元;车架上所有的铆钉连接用梁单元和刚性单元模拟;钢板弹簧用弹簧单元模拟;车架有限元模型如图1所示。 车架有限元模型规模:节点84900个,单元81318个,其中板单元81062个,弹簧元12个,梁单元24个。

图1 车架有限元分析模型 三、计算参数 钢板弹簧的刚度系数: =86.926N/mm 前钢板弹簧的垂直刚度系数:C 前 后钢板弹簧的主簧的垂直刚度系数:C =92.904N/mm 后主 后钢板弹簧的副簧的垂直刚度系数:C =115.15N/mm 后副 EQ1075G车架采用特高强度热轧冷成型钢Domex 700MC材料,该材料的物理性能为:弹性模量E=210000N/mm2,泊松比μ=0.3;该材料的机械性能为:最小屈服强度是700000KPa,最小抗拉强度是750000KPa,最大抗拉强度是950000KPa.。 本文应力分析时,取动荷系数为1.0。 四、边界条件 本文分析车架应力时,施加了作用于车架上的所有载荷,其中重力包括动力总成5855.5N,油箱及托架1117.2N,水箱及中冷器588N,驾驶室及乘员5880N,蓄电池及其框架686N,贮气筒及其框架980N,车厢9310N以及载荷39200N。 本文分析了三种工况下的车架应力分析规律及其最大应力值,各工况定义如下: 工况1:弯曲工况,汽车满载(4000kg)匀速行驶在水平路面上,只约束前后车轮竖直方向的位移。 工况2:扭转工况,汽车满载(4000kg)匀速行驶在有凸台的路面上,一

基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析

基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析 摘要:采用有限元分析软件ANSYS对自行车车架的两种不同结构进行分析,并确定结构合理的类型,并 对其进行改进优化,并用ANSYS进行验证。 关键词:自行车;车架;结构;ANSYS Finite element analysis for bicycle frame based on ANSYS WANG Shunmin (Faculty of Automotive engineering,WHUT,wuhan 430070,china) Abstract:Using the finite element analysis software ANSYS to analyze two different structure of the bicycle frame, and determine the reasonable one, and according to the analysis results,the sharp optimization was accomplished, with ANSYS for verification. Key words:bicycle;frame;structure;optimization 自行车从诞生到现在已经有200多年的历史,因为其具有结构简单、售价低廉、自重轻、维护容易、不需能源、无污染、无噪声、使用方便灵活等优点而独具特色。随着全球现代化的发展,交通拥堵、空气污染、油价上涨等问题日益严重,自行车作为传统的交通工具,在人们的生活中仍然具有举足轻重的地位。 自行车在日常生活中使用广泛,而自行车车架作为自行车上面主要的承受道路复杂载荷的作用的部分,对其进行结构的强度和刚度分析在自行车的设计分析中占有很大比重。由于自行车受力比较复杂,传统的经验设计有很多的盲目性,不能定量的分析结构强度,很容易造成车架的结构设计不合理以致出现过分的应力集中。采用有限元分析软件ANSYS对自行车车架进行分析,可以在设计初期发现不合力的结构以及可能存在的缺陷。目前市面上最常见的两种车架结构形式如下图1、2所示,分别为“四边形+三角形”和“两三角形”结构的形式,本文通过对这两种车架结构进行分析,确定其中结构合理者,并对其进行改进和优化。 1.自行车车架的有限元模型的建立, 1.1车架线框和实体模型的建立 建立准确、可靠的自行车车架模型是进行有限元分析最重要的步骤之一,首先对自行车的尺寸数据进行测量,本文主要通过对图片尺寸进行测量,然后乘以相应的比例关系,得到实际车架的数据。本文通过CATIA软件强大的测量功能分别得到两个车架的坐标数据。主要得到车架关键点的坐标数据,包括前叉部位、把手、车座、后轮轴部位、脚蹬等部位,以及梁连接点位置,一共包括14个点的坐标值。在ANSYS中进行建模,根据所测得的数据建立模型,得到两个车架结构线框模型分别如图3、4。在建模过程中选择梁单元beam4,指定材料的弹性模量为2.11E11Pa,泊松比为0.3。梁选择圆管类型,内外径分别根据自行车实际尺寸进行设置。 1.2 划分网格,设置单元大小为0.005m,对整个模型进行划分。 1.3 施加边界条件,自行车在实际的使用过程中,道路和行驶状况差异很大,受力等边界条

基于hypermesh的客车车体有限元分析

基于Hypermesh的客车车身有限元分析 沈兵,靳春宁,胡平 大连理工大学汽车工程学院,大连(116024) E-mail:279987329@https://www.360docs.net/doc/b818325449.html, 摘要:有限元方法和理论对现代车身设计具有重要的实际意义。综合现有的建模方案,提出了用壳单元建立有限元模型的方法;针对三种工况,应用有限元软件Hypermesh对模型进行后处理,找出了应力、位移分布情况;对轻量化设计提供了可靠的依据。 关键词:客车车身;壳单元;有限元分析 中图分类号TG404;TH114;TB115 1. 引言 当前国内对客车车身的有限元建模方法大致有三种,即采用梁单元、壳单元和体单元。采用梁单元可使计算量大大降低,但由于简化太多,导致一些关键受力截面无法正确表达,使得可信度不高,很难起到指导作用。采用体单元构建的客车骨架跟现实情况很接近,但建模时间太长,不宜采用。而壳单元弥补了梁单元与体单元的不足,是比较理想的建模方法。本文正是采用壳单元构建了客车车身模型,并按照实际使用条件进行车载负荷计算,对车体进行结构分析。 2.模型的建立 目前UG具有强大的曲面造型功能,在航空和汽车行业应用非常广泛;而Hypermesh 是世界上领先的有限元前后处理软件,它与UG等许多软件都有良好的接口。本文采用UG 对客车车身进行何造型设计,然后在Hypermesh中进行网格划分以及前后处理工作。 车架的实际工况复杂多变,建立有限元模型时对CAD模型的简化是十分必要的。其原则是:最大限度地保留零件的主要力学特征;将小面合并成大面,并且相邻面应共用一条轮廓线,以保证各个面上划分出来的网格在边界处是共用节点,避免在边界处出现节点错开的现象。具体的简化如下: (1)忽略非承载件。有些部件(如保险杠、踏板支架等)是为了满足构造或使用上的要求而设置的,对于分析车身模态影响很小,这里将其忽略掉。 (2)忽略蒙皮、玻璃等附件。 (3)忽略圆角以及梁截面形状的简化。考虑到圆角对网格计算的来说比较费时,将模型中的圆角忽略掉;本文中梁简化成矩形钢和槽型钢。 图1圆角的忽略

载重货车车架设计及有限元分析

摘要 汽车车架是整个汽车的基体,是汽车设计中一个重要的环节。车架支撑着发动机离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所有簧上质量的重要机件,承受着传给它的各种力和力矩。因此,车架必须要有足够的弯曲刚度,也要有足够的强度,以保证其有足够的可靠性与寿命。同时,随着现在汽车的发展,载重货车的乘坐舒适性,操控性能也在不断提高,因此车架的设计还应同时兼顾舒适性和操控性。 本文以商用载重货车为研究目标,结合货车的各项参数,对车架进行设计。确定了车架总成以及纵梁横梁的各项参数。运用solidworks软件做出了车架的三维模型图。同时利用ANSYS WORKBENCH有限元分析软件对车架的四种典型工况做出静力分析,得到各种工况下的变形情况和应力分布情况,同时对车架进行了模态分析。最后根据分析结果对车架做出优化建议。 关键词: 载重货车;车架;结构设计;有限元分析 I

ABSTRACT The vehicle frame is the base of the car, is one of the most important parts in the automobile design. Frame supports the engine clutch, transmission, steering gear, non bearing body and the container all spring quality the important parts, bear and pass it on to all kinds of force and moment. Therefore, the frame must have enough bending stiffness, also want to have enough strength, to ensure sufficient reliability and life. At the same time, with now the development of automobile and truck ride comfort, handling performance also continues to increase, so design of the frame should also combine comfort and handling. In this paper, the commercial truck as the research objective, combined with the parameters of the truck, the frame design. Frame assembly and the longitudinal beam parameters were determined. The 3D model chart of the frame was made by SolidWorks software.. At the same time, the finite element analysis software ANSYS Workbench of the frame of four kinds of typical working conditions to make static analysis, obtained under various conditions of deformation and stress distribution, and the modal analysis of the frame. Finally, according to the results of the analysis of the frame to make optimization recommendations. Keywords:Truck; frame;structure design;finite element analysis II

大客车 车架 结构

大客车底盘车架结构及分析 作者:中国商用车辆网 来源:中国商用车辆网 日期:2004-01-18 浏 览量:1000 次
如果人们把发动机描述为汽车的“心脏”, 那么作为汽车重要组成部 分的车架就可以称为汽车的“骨骼”了。车架是汽车所有总成零件“生 存”的载体,受力复杂。通过行走系和车身的力都作用于车架上,车 架结构的好坏及载荷分配是否合理是汽车设计成功与否的关键因素。 车架结构设计是否合理对汽车有着十分重要的意义, 特别是客车底盘, 在设计过程中不但要考虑各总成零部件的合理布置以及其可靠性、 工 艺性和维修的方便性, 还要充分考虑最大限度地满足车身对底盘的特 殊要求,如纵梁的结构、横梁及外支架的位置及连接方式、行李箱大 小、地板高度和位置,等等。对同样型号的客车底盘,不同的用户对 车架的要求不尽相同,甚至有较大的差异。这里着重分析大客车底盘 车架的结构特点,阐述其设计要点。
大客车底盘车架的基本结构
大客车底盘的车架一般包括直通大梁式、 三段式和全桁架(无车架) 式 3 种结构型式,分别与车身构成非承载式、半承载式和全承载式结 构。根据其不同的用途和工艺特点,车架与车身一般采用弹性或刚性

连接。现国内外大都采用刚性连接,以使车架与车身共同承载,受力 趋于合理化,从而提高车辆的可靠性和安全性。 1.直通大梁式 该结构是传统的结构型式,采用槽形或矩型截面纵梁,有些车型 还有加强副纵梁。根据不同的要求,纵梁设计可前后贯通,也可前、 中和后搭接成不同高度或不同宽度的结构, 有些车型受后桥和地板高 度要求的限制而在该处设计成结构复杂的“Ω”型。横梁结构一般采用 “I 型或双槽背对形成的“I”型,有时也采用“○”型横梁。根据布置和总 成的安装要求, 同一车架可同时采用多种型式的组合和不同的横梁翼 面,车架总成可设计成前后等宽或不等宽结构。 直通大梁式车架结构简单、工艺性好,但存在本身质量大、总成 布置困难、受力不均匀和损坏后难以修复等缺点,主要用于城市公交 和普通短途客运车辆。 2.三段式 该结构前、后段为槽形大梁,中段为桁架结构(行李舱区)。根据不 同的车型和承载情况, 采用不同规格的异型钢管焊接成箱形框架结构, 通过焊接(或焊接和铆接)同前后大梁连接在一起。对于钢板弹簧悬架, 中间桁架一般不超过悬;架安装区域;但对于空气弹簧悬架,为增加 行李箱容积,有些底盘的中间桁架超过悬架安装区,只有操纵区和发 动机区域用较短的槽形大梁。 该结构在国内外被普遍应用于旅游车、长途高速客运大客车,国 内开发和引进的豪华大客车基本都采用这种结构型式。 该结构易于设

中型载货汽车车架有限元静力学分析

摘要 汽车车架作为汽车关键的承载部件,它将发动机和车身等总成连成一个有机的整体,承受着来自道路及各种复杂载荷的作用,而且汽车上许多重要总成都是以车架为载体,因此设计出重量轻且各方面性能达到要求的车架结构是一项重要工作。传统的车架结构设计是采用类比的思想进行经验设计,车架的这种设计模式导致的问题包括两个方面:一是车架简化计算精度不够,为保证强度及刚度要求而使车架的设计过于安全,造成设计出的车架结构过重,增加了设计成本;二是造成车架的设计与计算分离,不利于提高车架设计人员的设计水平。设计出的车架结构除了个别部位的应力水平比较高外,大部分部位的应力水平较低。因此,有必要采用有限元法对车架结构进行优化设计,以降低车架的重量,减少汽车的制造成本,提高市场竞争力。 本文以解放J4R中型载货汽车车架为研究对象,在现有CAD图纸的情况下进行简化,通过对ANSYS软件的学习,以Pro/E软件创建车架实体模型,对车架的静力以及模态进行了分析。得到一些有益的结论,并掌握了一般静力分析中的网格划分、约束加载、分析求解等过程进行了认真的学习,为车架的设计和改进提供了指导作用。 关键词:中型载货汽车;车架;ANSYS;静力分析;模态分析

ABSTRACT As an important component, frame carrying the whole vehicle, such as assembly, take the engine and body together into an organic whole,endure the loads from the road and many kind of complex loads, and many important assemblys are based on frame,use the frame as a vector. So design a lightweight and all aspects of performance to meet the requirements of the frame structure is an important work. The frame structure of traditional design is the idea of experience with analog design, this methed caused two problems: First, simplify the calculation accuracy of the frame is not enough to ensure the strength and stiffness requirements of leaving the frame design is too safe, resulting the frame structure designed overweight. Second is caused by separation of design and calculation of the frame, the frame is not conducive to raising the level of the designer's design. In addition to the frame structure designed for individual parts of the stress level is relatively high, most parts of the stress level low. Therefore, it is necessary to use finite element method to optimize the design of the frame structure to reduce the chassis weight, reduce vehicle manufacturing costs, improve market competitiveness. In this paper, use FAW J4R medium truck frame for the study, in study of ANSYS software ,and use Pro / E software to create solid models of the static frame and the mode were analyzed. Get some useful conclusions, and mastery of the general process of static analysis for improved frame design and provide guidance. Key words: MediumTruck ;Frame;ANSYS;Static Analysis;Modal Analysis

半挂车车架主纵梁的有限元分析[1]

第9卷第4期2009年2月1671—1819(2009、4-1068—04科学技术与工程 ScienceTechnologyandEngineering VoL9No.4Feb.2009 @2009Sci.TeeKEngnb 半挂车车架主纵梁的有限元分析 张孝琼张维强 (南京农业大学工学院,南京210031) 摘要通过工程分析软件ANSYSl0.0对某半挂车车架主纵梁进行建模、分网、静态扭转分析,得到了该半挂车车架主纵粱在不同工况下的变形量和强度载荷,校核该半挂车车架主纵梁强度是满足要求的。 关键词静态扭转强度分析ANSYS有限元车架主纵梁 中图法分类号U463.32;文献标志玛A 半挂车车架主纵梁是整个半挂车关键部位,它承受着半挂车内外的各种载荷受力非常复杂。所以,要保证车架主纵梁具有足够的强度和刚度。采用传统的数学计算方法分析车架的受力情况时,往往会得到高次不静定式方程组,很难得到精确的解析解[1]。有限元方法是随着计算机技术发展而发展起来的、用于各种结构分析的数值计算方法。它运用离散概念,把连续体划分为有限个单元的集合,通过单元分析和组合,考虑边界条件和载荷,得到一组方程组,求解此方程组获得相应指标口J。当前,在计算汽车各部件强度和刚度时,有限元方法得到了广泛的应用。本文针对某半挂车车架的主纵梁,在静态扭转工况下的强度和刚度的问题,利用ANSYSl0.0有限元分析软件建立了该车架主纵梁有限元模型,并在此基础上进行了位移和应力分析。 1车架有限元模型的建立 1.1模型的简化‘3】 根据圣维南原理,模型的局部细小变化和改动并不影响模型总的分析结果,因此为了简化后续的 2008年10月22日收到 第一作者简介:张孝琼(19r78一),女,硕士研究生,研究方向:车辆设计。E—mail:zxq304_77@slna.oflqn。网格划分、减少计算量、提高计算效率,对总的实体模型做如下简化: (1)部分离应力远的圆弧过渡简化为直角,工艺上需要的倒角、拔模斜度等都不予考虑,这样可以减少在这些区域上的网格划分的数量,提高计算速度: (2)车架上有些构件,如凸台、销孑L、线路孑L、吊环孔等,仅是为了满足功能要求而设置的对结构的强度没有很大的影响,可以忽略; (3)除去对车架结构应力分布不产生太大影响的工具箱和防护网等零部件L4J。 1.2材料的力学特性 车架材料采用16Mn低合金结构钢,力学参数如:弹性模量:E=2.1×10nMPa;泊松比:p=0.3;密度:P=7.8×10柚t/mm3;屈服强度:瓯=350MPa1.3模型的网格划分 对于网格划分我们遵循“均匀应力区粗化,应力梯度大的区域细化”的原则,对于具体的模型应该具体对待。一般来说,网格划分的越细,质量越高,计算精度就越高。但是网格划分的越细,计算量就越大,要求电脑的配置就越高。本模型采用solid92单元,网格划分采用ANSYS软件自带的Meshtool工具,设置单元变长为30inIn,采用自由体划分。车架主纵梁模型共化为196804个单元,396071个节点。

[有限元,运输车,车架]基于HyperMesh的运输车车架有限元分析

基于HyperMesh的运输车车架有限元分析 0 引言 车架作为车辆重要的承载部分,运输车中多数零部件如:驾驶室,发动机,变速箱,车桥等通常都直接与车架相连接。在运动过程中,车架还承受各零部件产生的各种力与力矩的影响,承载情况的复杂性要求车架必须有足够的刚度和强度来避免其主体发生变形或者断裂的现象,以保证其安全可靠性及使用寿命。但是,在以往的设计过程中,设计人员大多采用经验公式进行计算,这种方法并不能精准的计算出车架各部件应力和形变。本文采用HyperWorks软件对车架结构进行有限元分析,运用Radioss及OptiStuct求解器分析了车架的应力和位移形变分布状态及自由模态分析,利用分析结果验证该车架设计的合理性,对后续的结构优化提供理论依据。 1 车架的几何模型及有限元模型 本文以某造船厂运输车车架为研究对象,该车架由型钢焊接而成,两根纵梁为矩形截面型钢,总长9440mm,大梁式,前后等宽,纵梁最大断面尺寸为360mm140mm20mm,横梁最大断面尺寸为300mm140mm20mm,前后端横梁为型槽钢,中间横梁为矩形截面型钢,横梁的长度为920mm。 实际中,车架的形状结构复杂,支撑装置和固定装置多种多样,除几何形体不规则外还存在许多倒圆角和圆孔,如果在建模的过程中将这些细微之处全部考虑在内,就会导致网格的密度很大,单元尺寸极小,节点方程的数量庞大,因而增加求解时间,同时局部的网格质量无法保证,容易导致求解失真。因此,有必要对车架的结构进行合理的简化,建立合理有效的模型,从而减少分析过程中的计算量,提高计算效率。 运用Pro/E三维建模软件对简化处理后的车架结构进行实体建模,为了避免部分零件出现几何缺陷或数据丢失的情况,我们通常将Pro/E中建立的模型保存为.iges格式文件,把该格式文件直接导入HyperMesh中进行后续的网格划分。 对实体模型进行网格划分首先需要对网格单元定义属性,其次定义网格的生成控制,最后划分网格。其中网格的单元属性包括网格单元类型,实常数以及材料特性。本文车架的材质选用16Mn,其杨氏模量为2.061011Pa,泊松比为0.28,材料密度为7800kg/m3,屈服应力为345MPa。本文采用HyperMesh中的自动网格划分功能对已建好的实体模型进行单元网格划分,最后得到了车架有限元模型(如图1所示)。使用HyperMesh中的count功能,可以得出其单元网格个数106472,节点个数53268。 2 车架静态工况分析 车架作为重要的承载部分,这就要求其既要有足够的强度,也要有足够的刚度。足够的弯曲刚度,可使车架上的部件在行驶过程中相对位置不发生改变。车架刚度不足,会引起振动和噪声,也会使汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性及某些基件的可靠性下降,然而其扭转刚度不易过大,否则汽车的通过性变差。

【精品】中型载货汽车车架有限元静力学分析

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 【关键字】精品 二○○九年六月 The Graduation Design for Bachelor's Degree The Finite Elements Static Analysis of Mid-duty Truck’s Frame Structure Candidate:Feng Wenyan Specialty:Vehicle Engineering Class:B05-17 Supervisor:Associate Prof. Shi Meiyu Heilongjiang Institute of Technology 2009-06·Harbin

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。汽车车架作为汽车总成的一部分,承受着来自道路和装载的各种复杂载荷作用,而且汽车上许多重要总成部件都是以车架为载体。所以,车架的强度和刚度在汽车总体设计中起到了十分重要的作用。 本设计是基于Pro/E软件建立了车架结构的实体模型,利用ANSYS有限元分析软件对该车架在弯曲工况、扭转工况、紧急制动工况和紧急转弯工况下进行了静力学分析。分析结果表明,该车架受到的最大应力值小于材料的强度极限,满足设计的要求。同时说明有限元法和ANSYS软件为车架结构的计算分析软件,可以更加全面的得出车架的应力分布状况,为车架的下一步设计过程提供了依据和理论支持,而且降低了制造成本,提高了市场竞争力。 关键词:载货汽车;车架;Pro/E;有限元;静力分析 ABSTRACT Frame is an important assembly bearing loads of an automobile. All kinds of loads will pass to it. So the performance of frame structure affects whether the automobile design is successful or not. As a part of the truck, the frame supports all kinds of complicated loads coming from the road and freight. And many assembly of the truck are built in the frame. So the intensity and the strong of the frame play a very important role in the design of trucks. A model of the frame is established by using Pro/E in this paper. The static intensity of the frame is analyzed in the situation of bending, torsion, braking and swerve by ANSYS. The result indicates that the stress of the frame is less than the utmost intension. And the frame is satisfied with the design. The result of this paper indicates that the research of FEA and ANSYS software offered a set of basic theory and method for the frame structure and simulation of dynamic characteristic. At last, the material of the frame is saved, and it is stronger in the market. Key words: Truck; Frame; Pro/E; Finite element; Static analysis

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