【正文】 （2）盡量建立完整且有利于ANSYS的分析的車架模型。（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。按照本文的車架參數(shù)，, ,。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。此時。這是因為后托架比其他部件薄，且在模擬制動工況時，有施加沿Y方向的制動加速度，導(dǎo)致后托架變形較大。 制動工況約束節(jié)點編號UxUyUzROTxROTyROTz4//////116///1120 //注：表中的節(jié)點與圖410相同，其中Ux、Uy、Uz為節(jié)點在x、y、z方向上的平移自由度，ROTx、ROTy、ROTz為節(jié)點繞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。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，這是因為后托架厚度僅為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。圖416 定義加速度對話框施加載荷后的模型如圖417所示。 圖412 選取關(guān)鍵點 圖413 約束對話框 圖414 查看關(guān)鍵點編號（2） 滿載彎曲工況加載顯示模型所有節(jié)點編號，記下車架受力點，在這些點處施加載荷。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。車架載荷分布方式如圖411所示。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。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。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。ANSYS軟件中，常用的單元類型有Solid實體單元、Shell板殼單元等。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。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。鋼板彈簧吊耳模型如圖39所示。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。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)。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。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。 （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，施加載荷及載荷步選項。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。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。（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用區(qū)域化管理，節(jié)約系統(tǒng)資源。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。（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。隨著現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，有限元法已經(jīng)發(fā)展成為一個十分重要的工程計算方法，應(yīng)用范圍也越來越廣。安全與節(jié)能已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車工業(yè)的重要主題。我國大約是在20世紀(jì)70年代末才把有限元法應(yīng)用于車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析中。[2]。如模態(tài)試驗方法、有限元方法等。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。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。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。 ANSYS。（4） 運用ANSYS軟件的強(qiáng)大的有限元分析功能對該車架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加適當(dāng)?shù)募s束和載荷，對車架進(jìn)行有限元靜態(tài)分析，從而校核了該車架的強(qiáng)度和剛度，分析結(jié)果，校核該車架的強(qiáng)度和剛度能否滿足要求。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。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(zhǔn)備。 Finite Element Analysis。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。在汽車車架中，應(yīng)用最為廣泛的還是邊梁式車架。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。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。從70年代起，開始對汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)特性分析，并取得了大量的研究成果。1977年，長春汽車研究所的谷安濤和常國振發(fā)表的“汽車車架設(shè)計計算的有限元法”，是計算機(jī)輔助工程在我國汽車行業(yè)中的首次應(yīng)用，為有限元分析在我國的發(fā)展打下了重要的基礎(chǔ)[5]。汽車的任何設(shè)計都是以保證安全為前提條件的，所以，現(xiàn)代汽車的首要原則就是保證結(jié)構(gòu)性能的安全性。在汽車的設(shè)計和研究上，應(yīng)用有限元法可以對汽車結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度、模態(tài)、振動、碰撞等多方面的分析和優(yōu)化，為汽車的設(shè)計、檢驗、優(yōu)化提供了參考和指導(dǎo)。第2章 軟件介紹 UG簡介 UG(Unigraphics)是Unigraphics Solutions公司推出的集CAD/CAM/CAE與一身的三維機(jī)械設(shè)計平臺，也是如今世界廣泛使用的計算機(jī)輔助設(shè)計、分析及制造軟件之一，被廣泛的應(yīng)用在汽車、飛機(jī)、機(jī)械、消費產(chǎn)品、醫(yī)療器械、船只制造等行業(yè)，為制造行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程提供了解決方法[11]。它集成了美國航空航天、汽車工業(yè)的經(jīng)驗，成為機(jī)械集成化CAD/CAE/CAM的主流軟件之一。（5）擁有強(qiáng)大的裝配功能，并且在裝配模塊中運用了引用集的設(shè)計思想。40年來，ANSYS公司一直致力于設(shè)計分析軟件的開發(fā)，不斷吸取新的計算方法，和計算技術(shù)，領(lǐng)導(dǎo)著世界有限元技術(shù)的發(fā)展 [12] 。①參數(shù)定義ANSYS軟件在建立有限元模型的過程中，首先需要進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)定義，主要包括定義單位制、定義單元類型、定義單元實常數(shù)、定義材料模型和材料特性參數(shù)、定義幾何參數(shù)等。① 定義分析類型和分析分析選項根據(jù)所施加的載荷條件和所要計算的響應(yīng)選擇分析類型。通過友好的用戶界面，很容易就可以獲得求解過程的計算結(jié)果，并對其進(jìn)行顯示。在能充分反映結(jié)構(gòu)的主要力學(xué)特性的前提下，應(yīng)盡量使用較少的單元，選取簡單的單元類型，以便達(dá)到既合理又經(jīng)濟(jì)的目的。通過對該車架的數(shù)據(jù)分析，在三維制圖軟件UG中建立了車架的三維實體模型，步驟如下：通過構(gòu)建基準(zhǔn)平面，創(chuàng)建草圖，草圖拉伸，建立車架左側(cè)縱梁，并以YZ面為鏡像平面，做出右側(cè)縱梁，如圖31，32所示。其中，第三根及第四根梁為空心結(jié)構(gòu)，如圖37所示。對車架各部分求和，使之成為一個整體，得到車架的三維實體模型，如圖314所示。以此為依據(jù)，改變結(jié)構(gòu)的形狀尺寸或者改變材料的特性以調(diào)整質(zhì)量和剛度的分布，能夠使車架各部位的變形和受力情況盡可能的均衡。（1）車架材料特性目前，車架的材料應(yīng)用最多的是16Mn鋼。本文選用Solid95單元。定義材料密度：Structural→Linear→Elastic→Density，具體如圖44,45所示。本文所研究的6470型SUV車架前后懸架均為普通的鋼板彈簧。如果作用在結(jié)構(gòu)上的載荷位置是連續(xù)變化的，即載荷作用在一定面積或者長度上，則稱為分布載荷。圖 411 車架的載荷分布圖 滿載彎曲工況分析（1）滿載彎曲工況下的邊界條件滿載彎曲工況是模擬汽車在滿載狀態(tài)下，四輪著地在良好路面上勻速行駛時，車架對其所承受的重量的響應(yīng)。彎曲工況約束施加的節(jié)點參考圖410。具體操作如下：Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Force/Moment→On Nodes，彈出選取節(jié)點的對話框，輸入受力的節(jié)點編號，點擊OK，出現(xiàn)Apply F/M on Nodes對話框。圖417 加載后有限元模型（3）滿載彎曲工況求解及結(jié)果分析彎曲工況加載完畢后，就要對模型進(jìn)行求解，具體操作如下：Main Menu→Solution→Solve→Current LS。在滿載下，車架中后部承受的載重量遠(yuǎn)大于前端承受的重量，因而在彎曲工況下車架尾部發(fā)生翹曲。其他點的應(yīng)力都較小，故車架剛度和強(qiáng)度還是能夠滿足要求的,可以保證汽車在崎嶇不平的路面上正常行駛。（2）滿載制動工況加載本文以制動時前后車輪同時抱死的情況進(jìn)行計算，在車架上施加一個縱向加速度來模擬制動工況。整體看來，車架后端有上翹的變形形狀，這也是由制動加速度引起的。載荷的施加方式與彎曲工況相同。 圖51 傳統(tǒng)計算力學(xué)模型實際情況是，A、B、C、D處的支承是由鋼板彈簧為支承的彈性支承。將這些數(shù)據(jù)代入公式（513），得：A=B=求得支座反力后作出彎矩圖，尋找最大應(yīng)力值=15589。分析結(jié)果表明，車架總體上有較好的強(qiáng)度和剛度特性。（3）對車架有限元