【正文】 車架的應(yīng)力。在完成上述步驟后，一個(gè)完整的汽車車架結(jié)構(gòu)有限元模型已經(jīng)在ANSYS中建立起來了。采用ANSYS對(duì)車架模型進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，使網(wǎng)格劃分更加合理些。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，從理論上來講是任意的，但在實(shí)際工作中必須考慮到現(xiàn)實(shí)性及經(jīng)濟(jì)型，因而在劃分時(shí)，必須遵循下列原則：1）所選用的單元不應(yīng)使受力失真；2）結(jié)構(gòu)的簡化應(yīng)確保所需的計(jì)算精度；3）盡可能利用對(duì)稱性、重復(fù)性，從而壓縮所需的計(jì)算機(jī)內(nèi)存量，減少計(jì)算時(shí)間；4）要選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)字模型，保證計(jì)算精度，減少計(jì)算時(shí)間，降低計(jì)算費(fèi)用。選用實(shí)體單元，具體為Solid Brick 8node 45單元。在ANSYS中，對(duì)導(dǎo)入的車架模型進(jìn)行檢查，模型顯示正常，基本上沒有數(shù)據(jù)丟失。有限元模型的建立是進(jìn)行有限元分析的第一步，也是關(guān)鍵的一步，它包括:將在CATIA中建立的車架模型導(dǎo)入到ANSYS中（本文用PRO/E做接口），并對(duì)模型進(jìn)行檢查，劃分網(wǎng)格，建立車架的有限元模型，添加單元及材料屬性。耦合是指兩個(gè)或多個(gè)自由度之間具有相同的值，典型的耦合情況有以下三種：（1）模型中包含對(duì)稱；（2）模型中有一部分看成是剛體；（3）在兩個(gè)重合節(jié)點(diǎn)之間形成銷釘、鉸鏈連接或者滑動(dòng)連接。在通常情況下，直接使用ANSYS提供的單元，各個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)自由度之間相互獨(dú)立。ANSYS有將近200多種單元，可以從幾個(gè)不同的角度進(jìn)行分類。ANSYS強(qiáng)大的單元庫提供了各種物理場量的分析功能，可以應(yīng)用的學(xué)科十分廣泛，主要包括結(jié)構(gòu)分析、熱分析、高度非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、流體靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、電磁場分析、聲學(xué)分析、壓電分析、多場耦合分析和設(shè)計(jì)靈敏度及優(yōu)化分析。（8）多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分技術(shù)。（4）有強(qiáng)大的非線性分析功能。在跟蹤有限元學(xué)科及其應(yīng)用發(fā)展的同時(shí)，ANSYS也適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，能夠在多種工作平臺(tái)和多個(gè)操作系統(tǒng)上完全兼容，其并行處理技術(shù)大大提高了分析效率。ANSYS公司開發(fā)的ANSYS第一個(gè)版本只提供線性結(jié)構(gòu)分析及熱分析功能，是一個(gè)批處理程序，而且只能在大型機(jī)上運(yùn)行。應(yīng)用有限元軟件ANSYS建立車架的有限元模型，即進(jìn)入分析過程的前置處理(Preprocessing)階段，它是根據(jù)分析目標(biāo)，將實(shí)際結(jié)構(gòu)簡化為用網(wǎng)格劃分的離散體，并最終形成計(jì)算數(shù)據(jù)文件?！綝ressup Features修飾特征】工具欄，提供了幾種修飾零件的功能，對(duì)零件進(jìn)行細(xì)化操作。【工作臺(tái)】工具欄，可以進(jìn)入或者退出草圖?？梢酝ㄟ^設(shè)定幾何元素的約束條件來準(zhǔn)確地確定幾何圖形的位置和尺寸。（9）CATIA V4集成器V41 CATIA提供了CATIA V4和CATIA V5之間的轉(zhuǎn)換接口。（7）目標(biāo)管理器COM CATIA提供了所有產(chǎn)品人—機(jī)對(duì)話和顯示管理等所必需的公共功能和整個(gè)基礎(chǔ)構(gòu)架，使所有產(chǎn)品共用統(tǒng)一的界面環(huán)境。它處能夠比較3D幾何體，并將結(jié)果進(jìn)行可視化顯示。CATIA創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)產(chǎn)品的基于特征的設(shè)汁方法，提供了高效、直觀的設(shè)計(jì)環(huán)境，以對(duì)曲面方法和技術(shù)規(guī)范進(jìn)行捕捉和重用。它的基于特征的方法提供了高效、直觀的設(shè)計(jì)環(huán)境，可用于捕捉和重復(fù)使用設(shè)計(jì)的方法和規(guī)則?？梢栽谝粋€(gè)以CATIA為主干系統(tǒng)的擴(kuò)展型企業(yè)中，供所有2D CAD用戶使用。設(shè)計(jì)師可以建立與零件材料規(guī)格說明相關(guān)聯(lián)的剖面線，可以進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)的附加信息和注釋等后處理。在機(jī)械設(shè)計(jì)模塊中，有專門的航空零件設(shè)計(jì)模塊，強(qiáng)大的曲面造型能力是CATIA尤為值得稱道的地方，模塊中有專門針對(duì)汽車設(shè)計(jì)的模塊。開始之初，受計(jì)算機(jī)硬件的限制，CATIA V4版本是工作站版本。由于其功能強(qiáng)大而完美，CATIA已經(jīng)幾乎成為三維CAD/CAM領(lǐng)域的一面旗幟和爭相遵從的標(biāo)準(zhǔn)，特別是在航空航天、汽車及摩托車領(lǐng)域，CATIA一直居于領(lǐng)先地位。CATIA（Computergraphics Aided Threedimensional Interactive Application）是法國Dassault公司于1975年起開始發(fā)展的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一體化軟件。首先，對(duì)CATIA和ANSYS進(jìn)行了簡要的介紹，為車架進(jìn)行有限元分析做好準(zhǔn)備工作；其次，以某中型載貨汽車車架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，利用CATIA建立了車架結(jié)構(gòu)三維模型；再次，對(duì)車架結(jié)構(gòu)的靜、模態(tài)特性進(jìn)行研究，對(duì)車架性能分析評(píng)價(jià)。（2）輕量化要求已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)之一。因此，設(shè)計(jì)出質(zhì)量小而各方面性能又能達(dá)到要求的車架是一項(xiàng)重要的工作，這就對(duì)車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了新的要求。在進(jìn)行汽車車架結(jié)構(gòu)靜力有限元分析后，一般根據(jù)汽車車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析的需要，采用后處理軟件對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，計(jì)算出應(yīng)力最大的危險(xiǎn)點(diǎn)以及變形最大的點(diǎn)，以此評(píng)價(jià)汽車車架結(jié)構(gòu)的靜力性能。為了使計(jì)算符合實(shí)際使用工況，一般將懸架結(jié)構(gòu)與車架一起考慮進(jìn)行靜力有限元分析。因此，有限元模型的建立是進(jìn)行有限元分析的關(guān)鍵性一步。有限元法不需要對(duì)所分析的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，既可以考慮各種計(jì)算要求和條件，也可以計(jì)算各種工況，而且計(jì)算精度較高。再后來，人們將類比設(shè)計(jì)的思想應(yīng)用于車架設(shè)計(jì)中。隨著設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的累積，人們將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于車架結(jié)構(gòu)性能的分析及設(shè)計(jì)中。（4）通過對(duì)車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以減小車架的體積和重量，在保證車架性能的前提下節(jié)省材料，對(duì)降低車架的成本具有重要的意義。（2）車架在各種載荷作用下，將發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)等變形。車架的這種設(shè)計(jì)模式會(huì)導(dǎo)致車架簡化計(jì)算精度不夠精確，為保證強(qiáng)度及剛度要求而使車架的設(shè)計(jì)過于安全，造成設(shè)計(jì)出的車架結(jié)構(gòu)過重，增加了設(shè)計(jì)成本，同時(shí)也造成材料的浪費(fèi)。因此，汽車的各個(gè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)部門都非常重視在設(shè)計(jì)過程中采用計(jì)算機(jī)技術(shù)。要想設(shè)計(jì)生產(chǎn)出性能優(yōu)越的汽車，不應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)分析是難以實(shí)現(xiàn)的。目前，在進(jìn)行汽車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員主要采用的還是傳統(tǒng)的辦法，對(duì)車架進(jìn)行簡化的計(jì)算，或者由其它部門進(jìn)行有限元分析計(jì)算。隨著現(xiàn)代汽車設(shè)計(jì)的要求的日益提高，將有限元法運(yùn)用于車架設(shè)計(jì)已經(jīng)成為必然的趨勢，主要體現(xiàn)在：（1）運(yùn)用有限元法對(duì)初步設(shè)計(jì)的車架進(jìn)行輔助分析將大大提高車架開發(fā)、設(shè)計(jì)、分析和制造的效率和車架的性能。從設(shè)計(jì)上避免車架出現(xiàn)共振的現(xiàn)象。需要經(jīng)過樣品制造—試驗(yàn)—修改—再設(shè)計(jì)的往復(fù)，這種方式導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)過程周期長，以及人力、物力和財(cái)力資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。后來提出的車架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算方法，只能計(jì)算純扭轉(zhuǎn)工況，不能考慮車架的實(shí)際工況，并且計(jì)算比較復(fù)雜，工作量大，在實(shí)際運(yùn)用中有很大的困難。20世紀(jì)60年代以來，由于電子計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應(yīng)用。由于有限元法是一種近似的數(shù)值方法，其計(jì)算結(jié)果是近似解，精度主要取決于離散化誤差。隨著有限元法在汽車結(jié)構(gòu)性能分析中的應(yīng)用與發(fā)展，汽車車架結(jié)構(gòu)靜力有限元分析已經(jīng)成為汽車車架結(jié)構(gòu)性能分析必不可少的內(nèi)容。根據(jù)汽車實(shí)際行駛工況，一般分以下幾種工況：即車架結(jié)構(gòu)的彎曲分析工況、扭轉(zhuǎn)分析工況等，根據(jù)實(shí)際需要可以選擇不同的工況進(jìn)行相應(yīng)的約束。在車架的設(shè)計(jì)中，人們總是希望在滿足強(qiáng)度、剛度要求的條件下，盡量使車架的質(zhì)量最小。（1）采用適當(dāng)?shù)挠邢拊Ｐ?，?duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析正在成為一種常用的分析手段，但對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析某些元件時(shí)該采用哪些單元還要繼續(xù)研究。本文將采用CATIA建立車架三維模型，用ANSYS進(jìn)行靜力和模態(tài)分析，以及后期的優(yōu)化。本章講述了幾何模型建立過程，并對(duì)軟件進(jìn)行了簡要的介紹。CATIA大量用于航空航天、汽車及摩托車行業(yè)、機(jī)械、電子、家電與3C產(chǎn)業(yè)、等各方面。目前的CATIA覆蓋了產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)周期，并且一直保持著其技術(shù)領(lǐng)先的優(yōu)勢。CATIA V5包含的模塊有(