重型车辆车架结构疲劳损伤仿真分析
目录
1 绪论 1
1.1研究目的及意义 1
1.2研究背景 1
1.3国内外研究现状 2
1.4主要研究内容 3
2 本文选用的车架的结构特点 3
3 车架三维模型的建立 4
3.1Pro/E软件介绍 4
3.2三维模型的建立 5
4 车架静态有限元分析 8
4.1有限元法概述 8
4.2 ANSYS分析步骤 10
4.3车架弯曲工况分析 12
4.4车架扭转工况分析 14
4.5各工况分析结果总结 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1．绪论
1.1研究目的及意义
随着我国城市化进程的加快,高速公路网已覆盖全国,而近年来国内蓬勃发展的商业热潮，尤其是网购的热潮开始后，物流产业也开始大力发展，这使人们对商品运输方面的需求越来越高，这将促使重型汽车中、长途公路运输效益大大提高。大吨位、大马力的载货汽车市场前景十分广阔。
本课题以具体车架为研究对象，对其3D模型进行有限元静力分析，从而可以得出损伤变形的仿真分析图。不但为企业提供了设计制造上的一个参考的方向，同时在降低产品的生产成本，提高设计水平方面也有了依据。有很大的实用价值。
1.2研究背景
汽车产业在我国经济体系中占着很大的比重，对其相关衍生行业有着巨大的影响力。汽车工业的发展水平表示了一个国家的整体工业水平，其发展直接或间接在各个方面影响着国民经济。在2001年中国入世后，国内的零部件供应商也因此获得了巨大的机遇与挑战，他们必须在对产品的设计开发能力上大力提高自己，追上并 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
赶超国际先进水平，并且也要合理降低自己的成本，在不妨碍产品质量的前提下为自己创造更大的利益。
汽车作为现代化社会大工业的产物，在推动人类文明向前跃进并给人类生活带来了便捷舒适的同时，对大自然生态环境的恶化也有着难以推卸的责任。随着人们对环境保护的日益重视，以缓解石油资源紧缺所带来的能源危机，节能环保技术越来越多为广大汽车公司所采用。在汽车构件中车架是非常重要的产品，因为其重要性，在强度、疲劳、刚度等方面均有非常严格的要求，应按照具体标准不断提升水准。
因此开展汽车结构的强度计算与分析工作，在满足结构强度和刚度的前提下，合理地进行结构设计，对汽车设计具有重要的意义。随着计算机技术的发展，CAD/CAE/CAM一体化进程的加快，有限元分析在车架结构分析中得到了广泛的应用。分析内容已从静态向动态、由部件到整车、由粗略到精确、由通用向专用发展，其应用已经进入实用化阶段。无论是在产品的概念设计阶段的方案分析、在工程设计阶段的校验分析，还是对既有产品实施精确分析以实现再设计，有限元分析都有其重要的作用。它使得在设计阶段就可以对载货汽车的设计和制造过程中的各种问题进行预测仿真，从而缩短设计周期，提高产品的性能质量，节省大量资金[1]。
本课题就是在这种背景下提出的，目的是分析重型载货汽车车架结构的疲劳损伤情况，使其能通过改进让受力更为合理。从而让有关企业得到一套汽车疲劳损伤仿真分析的具体流程，提高企业的自我检测能力，让企业在竞争中得到优势。
1.3国内外研究现状
车架作为整车的基体，在现代汽车中是一个非常重要的组成部分。整车的大部分组成和部件都被固定在车架上。车架承受了来自各方面的载荷，并且作为各个零部件的支撑而存在。
早期的有限元法多采用梁单元进行结构离散化。初步得出的结果还是令人满意的，但由于其本身存在缺陷，因此得到的的结果是不够细致。而作为一种已经很完备的强度预测手段，板壳单元已基本克服其在车架建模和应力分析时的局限性，更加的实用化[2]。二十一世纪以来，由于计算机技术的快速发展，汽车车架结构分析时更多的开始选择使用板壳单元来进行分析，这就使得分析的精度与以往相比有了一个巨大的提升，让分析方法过渡到定量阶段。随着计算机性能尤其是微机性能的大大提高，人们越来越偏向于使用方便快捷的计算机，而基于电算的有限元分析也更加被人们所接受。
在西方世界，车架结汽车构强度和刚度的计算运用有限元法来实施从60年代就开始了。而我国大约是在70年代末才有应用这种方法的能力。
通过多年的研发与实际应用，西方的汽车公司在车架设计方面累积了大量的试验数据和理论分析经验，形成了现在实用的结构设计数据库、设计改正记录和设计规范。刚度、强度分析，NVH分析、机构运动分析等是现在车架静动态分析方面上比较成熟的部分。同时其在遗传算法方面其也走在世界前列，已经进入实用阶段[3]。
在国内因为汽车产业的历史较短，所以虽然现在奋起直追，但是在各种数据库和规范方面并不完备，在设计时不得不参照进口车的一些结构。而具体到车架的结构分析方面来看，这些年来国内对车架刚度分析在结构分析中的重要性也越来越重视。而着眼于车架的分析类型的话，结构静态分析还是占据着主导地位。
1.4主要研究内容
本论文在选择了具体的重型载货车车型后，利用Pro/E软件进行3D建模并应用ANSYS软件对导入的车架3D模型进行有限元分析，主要研究内容如下：
（1）选择重载车型号，确定车架参数。
（2）建立Pro/E零件模型，并完成正确的装配。
（3）将制作好的Pro/E车架3D模型导入ANSYS软件中，然后在不同的工况下对车架进行静力分析。
（4）得出仿真分析结果图，分析疲劳损伤分布规律。
2．本文选用的车架的结构特点
车架作为汽车的承载基体，为货车、中型及以下的客车、中高级和高级轿车所采用，支承着发动机、离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所用簧上质量的有关机件，承受着传给它的各种力和力矩。为此，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的变形和开裂。在保证强度、刚度的前提下车架的自身质量应该尽可能减小，以减小车身质量。货车车架质量一般约为整车整备质量的1/10。此外，车架设计时还应考虑车型系列化及改装车等方面的要求[4]。
本文所选用的车型是东风系列的重载车，该车的设计承载为10t。车架结构为边梁式、前后等宽,车架长8842mm、宽865mm、高320mm,整个车架重1.3t。车架主要由2根纵梁、9根横梁组成。纵梁为非等断面的槽钢厚度8mm,纵梁和横梁之间通过铆钉连接。另外,板簧支架、燃油箱支架、电瓶箱支架及备胎架等分别采用铆接的方式固定到纵梁上。
以下为参考车型的相关参数，见表2.1：
3．车架三维模型的建立
3.1Pro/E软件介绍
1985年，PTC公司成立并开始研究参数化建模。二十世纪八十年代末期，V1.0的Pro/ENGINEER程序在西方被研制了出来。到了现在，Pro/ENGINEER已经具有了现今3D建模软件的顶尖水准，是行业中的佼佼者。PTC所设计的一系列的设计软件包括了不同种类设计的多项功能。Pro/ENGINEER软件还给使用者们提供了当前环境下最优质的产品开发环境，让使用者们有最好的用户体验[5]。下面对Pro/E相对于其他软件的优点进行了大致的概括。
1 绪论 1
1.1研究目的及意义 1
1.2研究背景 1
1.3国内外研究现状 2
1.4主要研究内容 3
2 本文选用的车架的结构特点 3
3 车架三维模型的建立 4
3.1Pro/E软件介绍 4
3.2三维模型的建立 5
4 车架静态有限元分析 8
4.1有限元法概述 8
4.2 ANSYS分析步骤 10
4.3车架弯曲工况分析 12
4.4车架扭转工况分析 14
4.5各工况分析结果总结 16
结论 18
致谢 19
参考文献 20
1．绪论
1.1研究目的及意义
随着我国城市化进程的加快,高速公路网已覆盖全国,而近年来国内蓬勃发展的商业热潮，尤其是网购的热潮开始后，物流产业也开始大力发展，这使人们对商品运输方面的需求越来越高，这将促使重型汽车中、长途公路运输效益大大提高。大吨位、大马力的载货汽车市场前景十分广阔。
本课题以具体车架为研究对象，对其3D模型进行有限元静力分析，从而可以得出损伤变形的仿真分析图。不但为企业提供了设计制造上的一个参考的方向，同时在降低产品的生产成本，提高设计水平方面也有了依据。有很大的实用价值。
1.2研究背景
汽车产业在我国经济体系中占着很大的比重，对其相关衍生行业有着巨大的影响力。汽车工业的发展水平表示了一个国家的整体工业水平，其发展直接或间接在各个方面影响着国民经济。在2001年中国入世后，国内的零部件供应商也因此获得了巨大的机遇与挑战，他们必须在对产品的设计开发能力上大力提高自己，追上并 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
赶超国际先进水平，并且也要合理降低自己的成本，在不妨碍产品质量的前提下为自己创造更大的利益。
汽车作为现代化社会大工业的产物，在推动人类文明向前跃进并给人类生活带来了便捷舒适的同时，对大自然生态环境的恶化也有着难以推卸的责任。随着人们对环境保护的日益重视，以缓解石油资源紧缺所带来的能源危机，节能环保技术越来越多为广大汽车公司所采用。在汽车构件中车架是非常重要的产品，因为其重要性，在强度、疲劳、刚度等方面均有非常严格的要求，应按照具体标准不断提升水准。
因此开展汽车结构的强度计算与分析工作，在满足结构强度和刚度的前提下，合理地进行结构设计，对汽车设计具有重要的意义。随着计算机技术的发展，CAD/CAE/CAM一体化进程的加快，有限元分析在车架结构分析中得到了广泛的应用。分析内容已从静态向动态、由部件到整车、由粗略到精确、由通用向专用发展，其应用已经进入实用化阶段。无论是在产品的概念设计阶段的方案分析、在工程设计阶段的校验分析，还是对既有产品实施精确分析以实现再设计，有限元分析都有其重要的作用。它使得在设计阶段就可以对载货汽车的设计和制造过程中的各种问题进行预测仿真，从而缩短设计周期，提高产品的性能质量，节省大量资金[1]。
本课题就是在这种背景下提出的，目的是分析重型载货汽车车架结构的疲劳损伤情况，使其能通过改进让受力更为合理。从而让有关企业得到一套汽车疲劳损伤仿真分析的具体流程，提高企业的自我检测能力，让企业在竞争中得到优势。
1.3国内外研究现状
车架作为整车的基体，在现代汽车中是一个非常重要的组成部分。整车的大部分组成和部件都被固定在车架上。车架承受了来自各方面的载荷，并且作为各个零部件的支撑而存在。
早期的有限元法多采用梁单元进行结构离散化。初步得出的结果还是令人满意的，但由于其本身存在缺陷，因此得到的的结果是不够细致。而作为一种已经很完备的强度预测手段，板壳单元已基本克服其在车架建模和应力分析时的局限性，更加的实用化[2]。二十一世纪以来，由于计算机技术的快速发展，汽车车架结构分析时更多的开始选择使用板壳单元来进行分析，这就使得分析的精度与以往相比有了一个巨大的提升，让分析方法过渡到定量阶段。随着计算机性能尤其是微机性能的大大提高，人们越来越偏向于使用方便快捷的计算机，而基于电算的有限元分析也更加被人们所接受。
在西方世界，车架结汽车构强度和刚度的计算运用有限元法来实施从60年代就开始了。而我国大约是在70年代末才有应用这种方法的能力。
通过多年的研发与实际应用，西方的汽车公司在车架设计方面累积了大量的试验数据和理论分析经验，形成了现在实用的结构设计数据库、设计改正记录和设计规范。刚度、强度分析，NVH分析、机构运动分析等是现在车架静动态分析方面上比较成熟的部分。同时其在遗传算法方面其也走在世界前列，已经进入实用阶段[3]。
在国内因为汽车产业的历史较短，所以虽然现在奋起直追，但是在各种数据库和规范方面并不完备，在设计时不得不参照进口车的一些结构。而具体到车架的结构分析方面来看，这些年来国内对车架刚度分析在结构分析中的重要性也越来越重视。而着眼于车架的分析类型的话，结构静态分析还是占据着主导地位。
1.4主要研究内容
本论文在选择了具体的重型载货车车型后，利用Pro/E软件进行3D建模并应用ANSYS软件对导入的车架3D模型进行有限元分析，主要研究内容如下：
（1）选择重载车型号，确定车架参数。
（2）建立Pro/E零件模型，并完成正确的装配。
（3）将制作好的Pro/E车架3D模型导入ANSYS软件中，然后在不同的工况下对车架进行静力分析。
（4）得出仿真分析结果图，分析疲劳损伤分布规律。
2．本文选用的车架的结构特点
车架作为汽车的承载基体，为货车、中型及以下的客车、中高级和高级轿车所采用，支承着发动机、离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所用簧上质量的有关机件，承受着传给它的各种力和力矩。为此，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的变形和开裂。在保证强度、刚度的前提下车架的自身质量应该尽可能减小，以减小车身质量。货车车架质量一般约为整车整备质量的1/10。此外，车架设计时还应考虑车型系列化及改装车等方面的要求[4]。
本文所选用的车型是东风系列的重载车，该车的设计承载为10t。车架结构为边梁式、前后等宽,车架长8842mm、宽865mm、高320mm,整个车架重1.3t。车架主要由2根纵梁、9根横梁组成。纵梁为非等断面的槽钢厚度8mm,纵梁和横梁之间通过铆钉连接。另外,板簧支架、燃油箱支架、电瓶箱支架及备胎架等分别采用铆接的方式固定到纵梁上。
以下为参考车型的相关参数，见表2.1：
3．车架三维模型的建立
3.1Pro/E软件介绍
1985年，PTC公司成立并开始研究参数化建模。二十世纪八十年代末期，V1.0的Pro/ENGINEER程序在西方被研制了出来。到了现在，Pro/ENGINEER已经具有了现今3D建模软件的顶尖水准，是行业中的佼佼者。PTC所设计的一系列的设计软件包括了不同种类设计的多项功能。Pro/ENGINEER软件还给使用者们提供了当前环境下最优质的产品开发环境，让使用者们有最好的用户体验[5]。下面对Pro/E相对于其他软件的优点进行了大致的概括。
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