【正文】 摘 要現(xiàn)代汽車絕大多數(shù)都有作為整車骨架的車架，車架是整個汽車的基體。汽車絕大多數(shù)部件和總成（如發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向、駕駛室、貨箱及有關(guān)操縱機構(gòu)）都是通過車架來固定其位置的。車架的功用是支撐連接汽車的各零部件，并承受來自車內(nèi)外的各種載荷。因此，車架的靜、動態(tài)特性是其結(jié)構(gòu)設(shè)計、改進和優(yōu)化的依據(jù)，是確保整車性能優(yōu)良的關(guān)鍵因素之一。本文以6470型SUV車架作為研究對象，分析論證了CAD/CAE技術(shù)在汽車車架設(shè)計中的應(yīng)用，主要內(nèi)容如下：（1） 選取一個SUV車型，通過查找和測量得到其主要的車型參數(shù)。（2） 運用CAD軟件Unigraphics（簡稱UG）建立車架的三維模型。（3） 通過UG軟件和ANSYS件的無縫連接將車架的三維模型導(dǎo)入ANSYS軟件中。（4） 運用ANSYS軟件的強大的有限元分析功能對該車架進行網(wǎng)格劃分，施加適當(dāng)?shù)募s束和載荷，對車架進行有限元靜態(tài)分析，從而校核了該車架的強度和剛度，分析結(jié)果，校核該車架的強度和剛度能否滿足要求。在建模和有限元分析過程中，就CAD三維實體的建模方法、有限元理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、有限元軟件ANSYS、CAD軟件與有限元接口技術(shù)、有限元分析方法的前期后期處理等方面做了研究工作，為后續(xù)工作做了較好的技術(shù)準備。關(guān)鍵詞：車架；CAD/CAE；ANSYS；有限元分析；靜力分析AbstractMost modern cars are used as vehicle skeleton frame, which is through the matrix. Most parts and assemblies of a vehicle（such as engine, transmission, suspension, steering, cab, containers and related control mechanism and so on）are all over the frame to a fixed location. The function of a vehicle frame is to support the connection parts, and to take from inside and outside the vehicle loads. So, the static and dynamic analysis characteristics of frame is not only the base of its structure design, improvement and optimization, but also one of the key factors to ensure that vehicle performance.Finite element analysis has bee an essential technology in the design of vehicle structure. As for puteintensive and the analysis step，intuitive linear analysis of frame is very difficult. And ANSYS Finite element analysis software program can discrete elements into countless units to facilitate analysis, calculation and optimized results.On this article, 6,470 SUV frame is the objects to be researched to analyze and demonstrate CAD/CAE technique and its application in the design of automobile frame. Mainly as follows:(1) Select a SUV models，F(xiàn)ind and measure its main parameters。(2)Establish the three dimensional model of the frame by UG。(3) Import the three dimensional frame model in UG into ANSYS through the seamless connectionbetween UG and ANSYS。(4) Use the powerful finite element analysis for the frame element mesh, impose the appropriate constraints and loads and make the finite element static analysis of frame to check the strength and rigidity of the frame，During the modeling and finite element analysis，a lot of research work about the threedimension solid modeling method, mathematical basis of finite element theory, interface technology of finite element, late and early processing of finite element analysis method is done, preparing for the followup work to be done better.Keywords: Frame, CAD/CAE。 ANSYS。 Finite Element Analysis。 Static Analysis目 錄摘 要 IAbstract II第1章 前言 1 1 2 3第2章 軟件介紹 5 UG簡介 5 UG發(fā)展綜述 5 UG軟件的優(yōu)勢 5 ANSYS簡介 6 6 ANSYS的技術(shù)特點 6 ANSYS的功能 7第3章 車架的建模 9 9 9第4章 車架的有限元分析 13 靜力分析基礎(chǔ) 13 14 懸架的模擬 18 載荷的處理 19 20 滿載彎曲工況分析 21 滿載扭轉(zhuǎn)工況分析 26 滿載制動工況分析 294． 30第5章 傳統(tǒng)車架計算方法與有限元法比較 33第6章 論文總結(jié) 37致謝 38參考文獻 3939第1章 前言汽車車架是發(fā)動機、底盤和車身各總成的安裝基礎(chǔ)，是汽車的關(guān)鍵承載部件。車架支撐著發(fā)動機、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、貨箱等，承受著傳給它的各種力和力矩。所以，車架應(yīng)有足夠的強度，使安裝在車架上的相關(guān)機構(gòu)的相對位置在汽車行駛時能夠保持不變，并使車身的變形最小。車架也應(yīng)該有足夠的剛度以保證其有足夠的可靠性和使用壽命，縱梁等主要零件在試用期內(nèi)不應(yīng)該有嚴重的變形和開裂。如果車架的剛度不足，將會引起震動和噪聲，使汽車的舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些部件的可靠性下降。但車架的扭轉(zhuǎn)剛度也不宜過大，否則將會導(dǎo)致車架和懸架系統(tǒng)的載荷增加，使汽車的輪胎接地性變差，從而降低通過性。所以，車架必須滿足以下的要求[1]：（1）車架的結(jié)構(gòu)形式首先應(yīng)該滿足汽車的總布置要求。在復(fù)雜多變的行駛過程中，固定在車架上各總成和部件之間不應(yīng)該發(fā)生干涉。（2）要有足夠的強度和剛度。在崎嶇不平的道路上行駛時，車架在載荷的作用下可能產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形和在縱向平面的彎曲變形。這些變形會使安裝在車架上的各部件之間的相對位置發(fā)生變化，從而影響其正常工作。因此，車架還應(yīng)該具有足夠的強度和適當(dāng)?shù)膭偠取＃?）車架的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，使得安裝于車架上的機件要容易拆裝，以便于汽車的維修。（4）車架的形狀應(yīng)盡可能的配合車身和各總成，以降低汽車的質(zhì)心，及獲得較大的前輪轉(zhuǎn)向角，能夠提高汽車的操縱穩(wěn)定性和機動性。目前，按車架縱梁、橫梁結(jié)構(gòu)特點，汽車車架的結(jié)構(gòu)形式基本上有3種：邊梁式車架、中梁式車架（或稱脊梁式車架）和綜合式車架。在汽車車架中，應(yīng)用最為廣泛的還是邊梁式車架。邊梁式車架由兩根位于兩邊的縱梁和若干根橫梁組成，用鉚接法或者焊接法將縱梁與橫梁連接成堅固的剛性構(gòu)架。縱梁通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面形狀一般是槽鋼，有的也做成Z字形或箱型斷面。根據(jù)汽車形式不同和結(jié)構(gòu)布置的要求，縱梁可以在水平面內(nèi)或縱向平面內(nèi)做成彎曲的，以及等斷面的或是非等斷面的。橫梁不僅用來保證車架的扭轉(zhuǎn)剛度和承受縱向載荷，而且還可以支撐汽車上的主要部件。通常，載貨汽車有56根橫梁，有時會更多。邊梁式車架的結(jié)構(gòu)特點是便于安裝駕駛室、車廂和一些特種裝備和布置其他總成，有利于改裝變型車和發(fā)展多品種汽車。因此，它被廣泛的使用在載貨汽車及大多數(shù)的特種汽車上。過去，國內(nèi)汽車設(shè)計的主要手段是用傳統(tǒng)的樣車和舊車型作參考的模式。在對車架進行分析設(shè)計時經(jīng)常會對車架進行大幅度的簡化。因為用經(jīng)典力學(xué)對其進行結(jié)構(gòu)分析時，為了能夠計算，必須把模型構(gòu)造的非常簡單。這種方法不但費時費力，大多依靠經(jīng)驗，缺乏科學(xué)性，而且也不可能針對多種方案進行評價。此外，車身車架是一個十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，用經(jīng)典力學(xué)的方法不可能得到精確的解答，特別是在設(shè)計的初期不會有實測數(shù)據(jù)。所以，以前的設(shè)計基本上是依賴于經(jīng)驗和類比，缺乏建立在力學(xué)特性、剛度、強度等分析基礎(chǔ)上的科學(xué)依據(jù)。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，汽車車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計逐漸由傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法轉(zhuǎn)向了現(xiàn)代設(shè)計方法。如模態(tài)試驗方法、有限元方法等。其中，有限元方法已經(jīng)成為建立有限元模型、模擬車架的主要分析途徑，并慢慢走向成熟。有限元法是根據(jù)變分原理對數(shù)學(xué)及物理問題進行求解的數(shù)值計算方法，是隨著計算機的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種新興的數(shù)值計算方法，是工程方法和數(shù)學(xué)方法的混合產(chǎn)物，可以用來求解許多過去無法解決的問題。在國外，有限元法很早就被運用在汽車的結(jié)構(gòu)分析方面。60年代中后期，國外就開始了對車架的有限元靜態(tài)分析。國外十分重視有限元法對車架結(jié)構(gòu)進行輔助設(shè)計，并且取得了大量的研究成果。1970年，美國宇航員利用NASTRAN有限元分析程序，對車架結(jié)構(gòu)進行了靜強度分析，從而減輕了車架的自重。這是最早的車輛輕量化分析。[2]。從70年代起，開始對汽車結(jié)構(gòu)進行動態(tài)特性分析，并取得了大量的研究成果。Krawczuk,Marek等人利用全板殼單元車架有限元模型對一輛貨車車架進行比較全面的動態(tài)研究[3]。，Colomina等人