某特種車車架結(jié)構(gòu)有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、車架是車輛的重要承載部件，承受著車輛所傳遞的包括來自路面與發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)激勵(lì)等車輛總成部件的多種復(fù)雜載荷。因此，車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在汽車設(shè)計(jì)中占據(jù)重要的位置，其性能的好壞將直接影響整車性能的優(yōu)劣。隨著計(jì)算機(jī)和有限元計(jì)算方法的快速發(fā)展，為車架的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來了新的變革。通過有限元法對車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，利用分析結(jié)果優(yōu)化車架各項(xiàng)參數(shù)來提高車架的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能，同時(shí)得到材料屬性的最優(yōu)分布，還可以縮短研發(fā)周期和降低成本。
　　 本文以有

2、限元軟件HyperWorks為平臺(tái)，對某款特種車車架的力學(xué)性能進(jìn)行計(jì)算、分析、預(yù)測和模擬，并對車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 首先，運(yùn)用CATIA軟件中的板殼單元建立車架三維幾何模型，之后將幾何模型導(dǎo)入到HyperWorks軟件進(jìn)行幾何清理、劃分網(wǎng)格、網(wǎng)格質(zhì)量檢查等技術(shù)，建立高質(zhì)量的車架有限元網(wǎng)格模型。采用三向彈簧單元模擬前懸架、梁單元與彈簧單元組合模擬后鋼板彈簧懸架。車架部件之間的連接方式采用RBE2單元進(jìn)行剛性連接處理。之后對車架

3、施加材料屬性及載荷建立有限元模型。
　　 其次，在HyperWorks軟件中，對車架進(jìn)行了靜態(tài)分析與評價(jià)，了解了車架在不同工況下應(yīng)力分布情況。并對車架進(jìn)行了模態(tài)分析，研究車架的模態(tài)對其疲勞的影響。之后在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了模態(tài)頻率響應(yīng)分析，為了更加直觀的了解車架在不同頻率激勵(lì)作用下引起的位移響應(yīng)情況，并對車架動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行了評價(jià)。分析出車架的1、3階固有頻率會(huì)被激勵(lì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。
　　 然后，用OptiStruct

4、軟件，以車架靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析為基礎(chǔ)，車架各零部件厚度為設(shè)計(jì)變量，第2階固有頻率為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足車架質(zhì)量不被增加以及1階頻率不被減小的約束條件下提高第2階固有頻率，建立車架結(jié)構(gòu)的尺寸優(yōu)化模型。優(yōu)化后2階固有頻率提到43.69Hz，避開了由模態(tài)頻率響應(yīng)分析中的40Hz附近頻率峰值激勵(lì)頻帶，同時(shí)1階固有頻率(16.40Hz)保持不變，車架質(zhì)量減少0.001噸。
　　 最后，對尺寸優(yōu)化后的車架進(jìn)行各項(xiàng)性能校核，包括強(qiáng)度、剛度與模態(tài)校