翼展車(chē)廂有限元分析與輕量化設(shè)計(jì).pdf

1、翼展式廂式貨車(chē)車(chē)廂骨架是重要的承載件，它的質(zhì)量也占貨車(chē)整車(chē)整備質(zhì)量的三分之一左右。車(chē)廂骨架的輕量化設(shè)計(jì)對(duì)減輕汽車(chē)的質(zhì)量有著非常重要的意義。本文就是通過(guò)對(duì)翼展式廂式貨車(chē)車(chē)廂骨架有限元的分析計(jì)算，尋求切實(shí)可行的車(chē)廂骨架輕量化途徑。 有限元法已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)的重要工具之一，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，它的優(yōu)勢(shì)在于提高汽車(chē)產(chǎn)品的質(zhì)量、降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)制造成本，提高汽車(chē)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。為了促進(jìn)廂式貨車(chē)車(chē)廂設(shè)計(jì)水平的提高，保證整車(chē)在市

2、場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，必須將廂式貨車(chē)車(chē)廂有限元分析技術(shù)提高到戰(zhàn)略的高度上來(lái)。 廂式貨車(chē)作為耗油大戶(hù)，其節(jié)能與否已直接影響到我國(guó)整體的能源消耗水平，國(guó)家對(duì)此高度重視。由于汽車(chē)輕量化對(duì)節(jié)能增效的巨大意義，國(guó)際各大汽車(chē)生產(chǎn)商都在盡可能的情況下減輕車(chē)身質(zhì)量。汽車(chē)的輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)成為目前汽車(chē)研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。 由于貨車(chē)的使用條件十分惡劣，受力狀況非常復(fù)雜。骨架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的相對(duì)位置在汽車(chē)行駛過(guò)

3、程中保持不變并使車(chē)身的變形最??；骨架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性與壽命。骨架剛度不足會(huì)引起振動(dòng)和噪聲，也使得汽車(chē)的乘坐舒適性、操作穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。因此，如何設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足使用要求的輕量化骨架成了一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。 本文利用有限元分析軟件ANSYS 對(duì)某翼展式廂式貨車(chē)車(chē)廂骨架進(jìn)行了分析和研究，討論了該骨架靜態(tài)時(shí)在純彎曲工況、彎扭工況、制動(dòng)工況和緊急轉(zhuǎn)彎工況下的強(qiáng)度和剛度。分析結(jié)果表明，該車(chē)架的應(yīng)力值小于材

4、料的強(qiáng)度極限，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的要求，骨架變形不是很大，也符合設(shè)計(jì)要求。 本文還進(jìn)行了車(chē)架的動(dòng)態(tài)分析，主要是模態(tài)分析，它是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的核心，克服　了靜態(tài)方法的局限性，強(qiáng)調(diào)從結(jié)構(gòu)的整體考慮問(wèn)題。通過(guò)對(duì)骨架進(jìn)行模態(tài)分析，計(jì)算出骨架的模態(tài)振型與相應(yīng)的固有頻率，通過(guò)固有頻率與振型從整體上考慮車(chē)架的局部強(qiáng)度問(wèn)題。 改進(jìn)設(shè)計(jì)可以使用各種方法，本課題在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，ANSYS 軟件中自帶的優(yōu)化模塊，用搜索可行域、進(jìn)行循環(huán)計(jì)算的方法不適用于

5、整個(gè)車(chē)廂骨架這種構(gòu)件復(fù)雜、尺寸繁多對(duì)象的應(yīng)用。根據(jù)該貨車(chē)車(chē)廂骨架的特點(diǎn)，論文提出了幾種方案對(duì)骨架進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。一些對(duì)強(qiáng)度、剛度影響小的構(gòu)件，直接進(jìn)行改進(jìn)，而一些重要構(gòu)件則進(jìn)行了不同工況水平下的多次計(jì)算，從中尋求輕量化設(shè)計(jì)方案。計(jì)算結(jié)果表明，這種方法切實(shí)可行，具有明顯效果。通過(guò)對(duì)車(chē)廂骨架結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，最后使質(zhì)量成功下降了95.8Kg。 最后，以車(chē)架縱梁和橫梁截面尺寸作為設(shè)計(jì)變量，以車(chē)架總體積為設(shè)計(jì)目標(biāo)，運(yùn)用ANSYS 優(yōu)化模