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基于CAE技术的越野车车架有限元分析

发布于:2017-07-19 20:55
有限元分析

      随着社会的发展,人们对越野车的各种性能提出了越来越高的要求,从而促使越野车的设计水平不断地趋于科学化和人性化。车架结构设计作为车辆设计的主要内容之一,在车辆设计中占有很大的比重。车架的性能主要取决于车架在静态载荷和动态载荷下的响应情况,因此有必要对车架进行静力与动态响应分析来评价车架自身的性能,同时还可以作为整车的行驶平顺性等性能的评价指标。与此同时,随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高,三维App建模技术及有限元分析技术在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视,特别是有限元技术已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径。本研究运用有限元App对某越野车车架进行建模,并进行有限元分析。
      有限元法是将连续体离散化的一种近似计算方法,依托于力学基础理论与变分原理,将连续体划分成有限个小单元的集合,在单元内采用分片插值的方法表示力学函数的分布,求解离散后的代数方程得到力学函数的数值解。通过用较简单的概念和方法来代替较复杂的问题,然后借助于计算机去求解繁杂的方程,从而得到问题的解。
      当薄板受任意载荷时可以把载荷分解为两个分量:一个作用在薄板的中面内,另一个垂直于中面。中面内的载荷,可以认为沿薄板厚度均匀分布,所以是平而应力问题,按平而应力问题解决。而垂直于中面的载荷使薄板弯曲,要用板弯曲理论理论求解。图所示为Shell板壳单元示意图。它是一个弹性板壳4节点单元。该单元可以承受拉、压、弯、剪等作用。单元的每个节点具有5个自由度:沿x,Y;轴的移动及绕x轴的转动。
      本研究的是某越野车车架。车架为梁式结构,由2根纵梁、7根横梁组成;各梁之间通过铆钉铆接;车架总长为4428mm,前段宽是822mm,后端为1130mm。车架的材料主要是各向同性材料16Mn。
      通过UGApp建立车架的几何模型,首先按照各零件的实际尺寸绘制零件的三维实体的几何模型,然后进行装配,从而得到整个车架的三维几何模型。
      将原车架的CAD模型导入HyperMeshApp中进行抽取中面、几何清理,并依据图所示的标准进行网格划分。因为车架的零件与零件之间大部分采用弧焊来进行联接,焊点的密度和分布会影响结构的变形,如果焊点开裂将造成机构吸能效果的大幅度下降,所以对焊点要根据实际情况进行谨慎的处理。本研究采用Rhe2刚性单元对联接进行模拟。有限元模型如图所示,共包括264039个节点,259280个单元,86个部件。


                                                                                  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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