【正文】 上可以看出，有限元法在汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中的優(yōu)勢越來越明顯，越來越多的汽車公司將有限元分析方法引入到各個關(guān)鍵領(lǐng)域，以提升汽車的整車性能，從而占據(jù)市場份額。（2）對所研究的車架進(jìn)行靜態(tài)特性分析，為車架的輕量化設(shè)計提供理論支持。該公司是從二維制圖、數(shù)控加工編程、曲面造型等方面發(fā)展起來的。1991年，UG并入美國的EDS公司，2001年9月，與SDRC公司一同并入EDS公司。在曲面造型、數(shù)控加工方面是UG的強(qiáng)項(xiàng)，而分析方面相對較弱。（4）可以完成包括自由曲面在內(nèi)的復(fù)雜模型的建模，同時還可以在圖形顯示方面運(yùn)用區(qū)域化管理，節(jié)約系統(tǒng)資源。對于汽車設(shè)計者來說，UG是使用最廣泛的設(shè)計軟件之一。20世紀(jì)70年代，隨著非線性、子結(jié)構(gòu)和更多的單元類型的加入，ANSYS軟件發(fā)生了巨大的變化，新技術(shù)的融入進(jìn)一步滿足了用戶的需求；70年代末，交互方式加入ANSYS，使軟件發(fā)生了顯著的變化，使模型生成和結(jié)果評價大為簡化。前處理模塊擁有強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，方便用戶構(gòu)造有限元模型。這個模塊主要有三部分內(nèi)容：參數(shù)定義、建立有限元模型和網(wǎng)格劃分。材料模型和材料特性參數(shù)能夠表征實(shí)際工程問題所涉及材料的具體特性，所以，材料模型的正確選擇和材料參數(shù)的精確輸入是實(shí)際工程問題得到正確解答的關(guān)鍵。 （2）求解模塊求解模塊是ANSYS軟件對所建立的有限元模型進(jìn)行力學(xué)分析和有限元求解的模塊，在這個模塊中，用戶可以定義分析類型及分析選項(xiàng)，施加載荷及載荷步選項(xiàng)。② 載荷在ANSYS軟件中，載荷分為位移載荷、力或矩陣、面載荷、體積載荷、慣性載荷及耦合場載荷。ANSYS軟件的后處理包括兩個部分：通用后處理模塊和時間歷程響應(yīng)后處理模塊。有限元計算模型的建立，即模型化，是有限元法的一個重要的步驟。有限元分析的目的是分析整體車架的強(qiáng)度和薄弱環(huán)節(jié)等的力學(xué)特性，太過細(xì)致地描述細(xì)小的結(jié)構(gòu)不僅會增加建模時的難度，還會增加節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，而且會使有限元模型的單元尺寸變化過于突然，影響計算的精度。這些細(xì)節(jié)在劃分網(wǎng)格是會產(chǎn)生許多網(wǎng)格，網(wǎng)格的質(zhì)量將會降低，從而導(dǎo)致計算量大，計算精度降低。本文研究的是6470型SUV車架，該車架有兩根縱梁，五根橫梁，一根扭桿梁，一根變速箱梁和前后副杠組成，以焊接方式構(gòu)成剛性結(jié)構(gòu)。將草圖中兩同心圓拉伸并求差，得到第一根橫梁。分別以右邊縱梁中間部分、后端及其連接部分的內(nèi)側(cè)為基準(zhǔn)面，創(chuàng)建草圖，沿X方向拉伸形成扭桿梁、第三根和第四根橫梁，如圖37所示。左右縱梁各有四個鋼板彈簧吊耳，關(guān)于YZ平面對稱，所以，在左邊縱梁外側(cè)建立吊耳模型，通過鏡像體得到右側(cè)吊耳。鋼板彈簧吊耳模型如圖39所示。計算分析了其在四種不同最大載荷工況下應(yīng)力和變形，以便校核其強(qiáng)度和剛度。通過車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的有限元靜力分析，能夠找到車架在各種工況下各個部件變形和應(yīng)力的分布情況及最大值。 [σ]=[D][B][σ] （43）其中，[σ]——材料的許用應(yīng)力陣列[D]——與單元材料有關(guān)的彈性陣列[B]——單元應(yīng)變陣列[ δ]e ——單元的節(jié)點(diǎn)位移陣列通過式（43）可以計算得到車架的應(yīng)力和變形結(jié)果，變形可以由后處理中的模塊將模型的變形直觀的變現(xiàn)出來，應(yīng)力的分布則以應(yīng)力云圖或者應(yīng)力圖的等高線表示。這也是ANSYS中靜力分析的主要步驟，本文將按照這個步驟進(jìn)行靜力分析。將模型顯示為實(shí)體：PlotCtrls→Style→Solid Model Facets,在彈出的對話框中選擇性Normal Faceting，選擇Plot→Rplot，得到車架的實(shí)體模型，如圖41所示。ANSYS軟件中，常用的單元類型有Solid實(shí)體單元、Shell板殼單元等。Solid95單元有塑性、蠕變、應(yīng)力剛度、大變形及大應(yīng)變能力。圖43 選擇單元類型對話框（4）定義材料屬性具體操作：Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models, 在彈出的對話框中選擇Structural→Linear→Elastic→Isotropic。如圖46所示。因此，正確模擬懸架結(jié)構(gòu)是獲得車架準(zhǔn)確靜力特性的關(guān)鍵。本文采取剛性單元與彈簧單元組合的方式來模擬前后懸架。根據(jù)載荷在結(jié)構(gòu)上的分布情況，可以分為集中載荷、分布載荷兩種，當(dāng)外載荷作用在結(jié)構(gòu)上的區(qū)域很小時，可以認(rèn)為該載荷為集中載荷。 車架各總成質(zhì)量名稱質(zhì)量/kg車身810發(fā)動機(jī)167變速器與離合器轉(zhuǎn)向器及機(jī)構(gòu)16蓄電池17油箱及油備胎及其托架51散熱器及水排氣管及消聲器其余20其中，車身質(zhì)量按均布載荷處理，平均分配到車架縱梁上；發(fā)動機(jī)按集中載荷處理，作用在其支撐位置；變速箱、離合器、蓄電池、油箱等以靜力等效的原則加在其相應(yīng)的位置，不同工況時還需乘動載系數(shù)；車架自重通過定義重力加速度施加；該車可以乘坐五位乘客，前面兩位，后面三位，每位乘客的質(zhì)量按標(biāo)準(zhǔn)75kg計算，按均布載荷處理；該車載重量400kg，按均布載荷作用在車架后端。車架載荷分布方式如圖411所示。動載系數(shù)主要取決于三個因素：道路條件，汽車行駛狀況（如車速）和汽車的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如懸架彈性元件的剛度、輪胎剛度、汽車的質(zhì)量分布等）。為了能得出解并且唯一，必須對車架進(jìn)行約束，其約束條件取決于工況。繼而彈出Apply U,ROT on KPs對話框，如圖413所示，選擇與關(guān)鍵點(diǎn)相應(yīng)的約束即可。 圖412 選取關(guān)鍵點(diǎn) 圖413 約束對話框 圖414 查看關(guān)鍵點(diǎn)編號（2） 滿載彎曲工況加載顯示模型所有節(jié)點(diǎn)編號，記下車架受力點(diǎn)，在這些點(diǎn)處施加載荷。圖415 在節(jié)點(diǎn)上加載對話框加載時，集中力載荷加載對應(yīng)節(jié)點(diǎn)上，力的大小由各部件質(zhì)量決定，計算公式為: F=kmg （46）其中，F(xiàn)——集中力k——動載系數(shù)m——作集中載荷處理部件的質(zhì)量 g——重力加速度，如發(fā)動機(jī)質(zhì)量為167kg，那么，彎曲工況下，在發(fā)動機(jī)支撐位置的節(jié)點(diǎn)處施加力的大小為：2167=，方向?yàn)镕Z。圖416 定義加速度對話框施加載荷后的模型如圖417所示。在“Items to be Contoured” 一欄中選擇“DOF Solution”一欄下的Displacement vector sum,則顯示應(yīng)變云圖，如圖419所示。圖419 彎曲工況下的應(yīng)變分布圖420 彎曲工況下車架變形形狀從這兩張圖可以看出，彎曲工況下最大位移發(fā)生在車架后托架出，這是因?yàn)楹笸屑芎穸葍H為24mm，且是彎曲結(jié)構(gòu)，從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的角度看，較車架上其它結(jié)構(gòu)單薄。 扭轉(zhuǎn)工況約束節(jié)點(diǎn)編號UxUyUzROTxROTyROTz4//////1//20mm///3//20mm///116/// //12 / / /注：表中的節(jié)點(diǎn)與圖410相同，其中Ux、Uy、Uz為節(jié)點(diǎn)在x、y、z方向上的平移自由度，ROTx、ROTy、ROTz為節(jié)點(diǎn)繞x、y、z軸的轉(zhuǎn)動自由度，“/”表示對其自由度進(jìn)行約束。圖421 扭轉(zhuǎn)工況下的等效應(yīng)力分布由圖421可以看出，最大有效應(yīng)力值仍發(fā)生在第五根橫梁與車架縱梁的連接處，最大應(yīng)力約126MPa,比彎曲工況時的有效應(yīng)力稍微大了些，但仍比最小屈服極限小。這種情況比較危險，可以通過加大車架的材料厚度或者改變車架的斷面形狀來增強(qiáng)車架的抗扭能力。 制動工況約束節(jié)點(diǎn)編號UxUyUzROTxROTyROTz4//////116///1120 //注：表中的節(jié)點(diǎn)與圖410相同，其中Ux、Uy、Uz為節(jié)點(diǎn)在x、y、z方向上的平移自由度，ROTx、ROTy、ROTz為節(jié)點(diǎn)繞x、y、z軸的轉(zhuǎn)動自由度，“/”表示對其自由度進(jìn)行約束。汽車在制動的工況下，車速是一個逐漸減小的過程，故在計算時。這是因?yàn)楹笸屑鼙绕渌考。以谀M制動工況時，有施加沿Y方向的制動加速度，導(dǎo)致后托架變形較大。 轉(zhuǎn)彎工況約束節(jié)點(diǎn)編號UxUyUzROTxROTyROTz4///////// 116 // 1120 / 注：表中的節(jié)點(diǎn)與圖410相同，其中Ux、Uy、Uz為節(jié)點(diǎn)在x、y、z方向上的平移自由度，ROTx、ROTy、ROTz為節(jié)點(diǎn)繞x、y、z軸的轉(zhuǎn)動自由度，“/”表示對其自由度進(jìn)行約束。此時。第5章 傳統(tǒng)車架計算方法與有限元法比較傳統(tǒng)的車架強(qiáng)度的計算方法是以下列假設(shè)建立車架力學(xué)模型的[30]：（1）假設(shè)所有垂直載荷都通過縱梁截面的彎心，垂直載荷偏離彎心時所造成的扭矩不予考慮。假設(shè)彈簧前后支承處的支座反力相等，則梁承受均布載荷，則A、B、C、D可由下列公式求出： （51） (52) (53) (54)其中，——前后軸上所承受的載荷，A,B,C,D——分別為A、B、C、D處的支座反力。設(shè)B、C、D處彈簧的反力為多余反力，這些多余反力的大小可以由下式求得： （55） 圖52 簡化后的傳統(tǒng)計算力學(xué)模型縱梁和彈簧的應(yīng)變能力U可以由下列公式求得： （56）其中，五個積分中的彎矩M均為支座反力A和載荷的函數(shù)，而A可以通過Y方向的力平衡方程式消去。按照本文的車架參數(shù)，, ,。相比之下，有限元法不僅省時省力，減小設(shè)計成本，增加產(chǎn)品和工程的可靠性，而且計算結(jié)果也更精確，還可以采用優(yōu)化設(shè)計，降低材料消耗或成本。（4）選取了滿載彎曲、滿載扭轉(zhuǎn)、滿載制動和滿載轉(zhuǎn)彎四種典型工況，對車架進(jìn)行了靜態(tài)特性分析。通過汽車車架在各種工況下的有限元模擬 ,可以很方便地知道車架各點(diǎn)應(yīng)力分布的情況及最大應(yīng)力點(diǎn)的位置 ,預(yù)估產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)度。（2）盡量建立完整且有利于ANSYS的分析的車架模型。