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基于ANSYS的汽车车架结构有限元分析

发布于:2016-03-24 18:37
有限元分析

      汽车作为交通运输工具之一,发挥着非常重要的作用。随着国民经济的快速发展,汽车工业得到了飞速发展,因此要求提供更多更好的结构轻、性能好、质量高、用途广、安全可靠的汽车。汽车车架作为汽车总成的一部分,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件都是以车架为载体,因而,车架的强度分析和刚度分析在汽车总体设计中显得非常重要。
      载货汽车车架受力复杂,以往设计时大多采用经验公式进行验算,不能准确地计算出车架各个部件的应力和变形,而以样车进行试验并根据试验结果进行修正成本较高。本研究以某8t载货汽车为例,采用ANSYSApp对车架结构进行有限元分析计算,得到车架结构应力和位移,为车架设计提供理论依据,具有较高的理论意义与应用价值。
      以某8t载货汽车的车架为例进行分析,该车为边梁式车架,其各项参数如表所示。边界条件的处理是非常重要的,如果边界条件不符合实际情况或与实际情况相差太大,会产生很大的计算误差,甚至使计算失败。任何结构都必须考虑足够的边界约束,否则会产生刚体位移。车架钢板弹簧座处每个节点的3个自由度,其垂直位移均被约束掉,其余两个自由度不予约束。在计算中,为了求出节点位移,消除总刚度矩阵的奇异性,选取两处钢板弹簧座处节点分别进行水平X,Z轴方向约束,消除车架的刚体位移,就可以求出变形引起的节点位移,此时,车架内的应力不受影响。
      车架载荷按作用形式可分为静载荷和动载荷。
      汽车静止时,车架只承受钢板弹簧以上部分的载荷。它由车身和车架的自身质量、车架上各总成与附属件质量及有效载荷组成,其总称为静载荷。
      对于某8t载货汽车车架静载荷的分布按照部件的安装位置和其质量的大小进行处理,车身质量和载荷按照集中载荷在其支架上进行平均分配,发动机质量按其支承位置进行分配,并按集中载荷处汽车在实际行驶过程中,车架主要受动载荷的作用。而动载荷的大小主要是通过动载系数衡量。动载系数取决于3个因素:道路条件、汽车行驶状况(如车速)和汽车的结构参数(如悬架弹性元件的刚度、车轮刚度等)。
      定义了约束和载荷后,对车架划分有限元单元,建立车架有限元模型。在车架有限元分析中根据不同的计算目的,可选用不同的计算模型。常用的计算模型有梁单元模型、板单元模型、体单元模型等。梁单元模型的优点是建模工作量相对较少,缩短了计算时间,同时在动态分析时精度较好,但应力的计算结果比板单元的精度差,连接的处理也需要大量的经验和试验数据作参考。板单元描述模型比较详细,因而精度相对较好一些。而体单元建模时非常直观,精度比梁单元和板单元都要高,因此效果很好。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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