【正文】 有限元離散化是假想把彈性連續(xù)體分割成數(shù)目有限的單元，并認(rèn)為相鄰單元之間僅在 節(jié)點(diǎn)處相連。從以上論述可以看到，有限單元法的實(shí)質(zhì)是把具有無限多個(gè)自由度的彈性連續(xù)體，理想化為只有有限個(gè)自由度的單元集合體，使問題簡(jiǎn)化為適合于數(shù)值解法的結(jié)構(gòu)型問題。因此，網(wǎng)格劃分將關(guān)系到有限元分析的速度和精度，以至計(jì)算的成敗。 （３） 分析單元的力學(xué)性質(zhì) 在選擇了單元類型和相應(yīng)的位移模式后，即可按幾何方程、物理方程導(dǎo)出單元應(yīng)變與應(yīng)力的表達(dá)式。并能夠繪出結(jié)構(gòu)變形圖及各 種應(yīng)力分量、應(yīng)力組合的等值圖。 在用 CAE方法進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)的靜態(tài)分析時(shí)，其基本原理是一樣的 ，即求解 用矩陣形式表示的整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程 ，得出 ? ?? ? ? ?RK ?? （ ） 式中 ： ??K — — 整體剛度矩陣，由單元?jiǎng)偠染仃嚱M集而成； ??? — — 整個(gè)物體的節(jié)點(diǎn)位移列陣，由單元節(jié)點(diǎn)位移列陣組集而成； ??R — — 載荷列陣，由作 用于單元上的節(jié)點(diǎn)力列陣組集而成。自 ANSYS 開始， ANSYS 公司推出了 ANSYS 經(jīng)典版 和 ANSYS Workbench 版。 ANSYS 12 融合了豐富的幾何和網(wǎng)格劃分技術(shù)， 整合后的幾何和網(wǎng)格劃分解決方案使不同的分析類型的仿真能夠共享。新增的多區(qū)域網(wǎng)格劃分方法能使用戶在不進(jìn)行分割的情況下，可以直接對(duì)復(fù)雜的幾何模型劃分純六面體網(wǎng)格。 ANSYS 12 將流體產(chǎn)品完全整合進(jìn) Workbench 環(huán)境中，在該環(huán)境下就能進(jìn)行仿真流程管理。盡管許多功能是出于流體動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用而改進(jìn)的，但是它們?nèi)匀豢梢杂糜谄渌愋偷姆抡娣治觥?在這個(gè)創(chuàng)新的框架下，工程師可以完成一個(gè)完整的仿真分析，包括 CAD 集成、幾何修改和網(wǎng)格劃分。 Von miss等效應(yīng)力可以表示為： ? ? ? ? ? ?? ?21323222121 ??????? ??????r （ ） 強(qiáng)度條件表示為： ? ???? （ ） 式中： ??? — — 材料的許用應(yīng)力。 同時(shí)可以在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度滿足使用要求的前提下，最大限度地降低材料用量，使車架的自重減輕，從而節(jié)省材料和降低油耗，提高整車性能。求解大型聯(lián)立代數(shù)方程組的方法有很多，求解的時(shí)間占據(jù)了整個(gè)有限元計(jì)算時(shí)間的大部分。單元位移模式又要轉(zhuǎn)換成用節(jié)點(diǎn)位移來表示，所以它也決定了相應(yīng)的位移插值函數(shù)。 28 連續(xù)體的離散化又稱為網(wǎng)格劃分。最后，把 所有單元的這種特性關(guān)系，按照保持節(jié)點(diǎn)位移連續(xù)和節(jié)點(diǎn)力平衡的方式集合起來，就可以得到整個(gè)物體的平衡方程組。這是一個(gè)具有無限多自由度的問題。我們知道，電算和手算不同 ，它不適合用于零鼓碎打的算法，而要求系統(tǒng)化 27 的計(jì)算程序，由于電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度極快，它特別適合多次重復(fù)迭代的算法。 1965 年，津基威茨 (0． C． Zienkiewicz)和同事 Y． K． Ceung 宣布，有限元法適用于所有能按變分形式進(jìn)行計(jì)算的場(chǎng)問題，有限元法的應(yīng)用被推廣到了更廣闊的范圍。有限元法的發(fā)展歷程可追溯到 20 世紀(jì) 40 年代。 圖 鉚釘 模型裝配 運(yùn)用匹配與對(duì)齊操作對(duì)車架橫、縱梁及其他零件進(jìn)行裝配，如圖 。 圖 前梁 23 中梁總成的建模 中梁長(zhǎng)度： 1172mm，翼緣寬度： 75mm，腹板高度： 176mm，如 圖 。 裝配管理： Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如 “ 嚙合 ” 、 “ 插入 ” 、 “ 對(duì)齊 ” 等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì) 意圖。 基于特征的參數(shù)化造型： Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。經(jīng)過 10 余年的發(fā)展， Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。 mmEJ lGEJPlf e 8 1 7 121482148 5113332 ??????????? ????? fff 貨車車架最大彎曲撓度通常小于 10mm mmf ?? 2511 m N2429386. 02101 . 1 ??????? EJC w 根據(jù) EJPlf 48 3? 可知，EfPlJ 483 ?，根據(jù)德國(guó)對(duì)各種汽車車架的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)軸距 l 單位為 m， J 的單位為 4cm 時(shí)，為使縱梁在汽車滿載時(shí)撓度在容許值以內(nèi)，則應(yīng)使 123?lJ或使 312lJ? 。 18 車架的撓度計(jì)算 為了保證整車及有關(guān)機(jī)件的正常工作，對(duì)縱梁的最大撓度應(yīng)予以限制。 車架的彎矩及彎曲應(yīng)力計(jì)算 以 下數(shù)據(jù)為參考車型 ── 解放賽虎Ⅲ的相關(guān)參數(shù)： 表 解放賽虎 Ⅲ 相關(guān)參 數(shù) 基本信息 驅(qū)動(dòng)形式 42 軸距 /mm 3260 車身長(zhǎng)度 /mm 5998 車身寬度 /mm 2095 車身高度 /mm 2405 輪距 /mm 前輪距： 1600 后輪距： 1540 整車質(zhì)量 /kg 2760 額定載質(zhì)量 /kg 3895 后橋質(zhì)量 /kg 1525 準(zhǔn)乘人數(shù) 3 貨廂參數(shù) 長(zhǎng)度 /mm 4200 寬度 /mm 20xx 高度 /mm 400 型式 /mm 欄板式 發(fā)動(dòng)機(jī) 型號(hào) 玉柴 YC4F11530 質(zhì)量 /kg 320 變速器 型號(hào) WLY535 質(zhì)量 /kg 100 當(dāng)車架縱梁 承受的是均勻分布的載荷（見圖 ）時(shí)，車架的簡(jiǎn)化計(jì)算可按下述進(jìn)行，但需要一定的假設(shè)。 ） 槽型斷面縱 梁上、下翼緣的寬度尺寸約為其腹板高度尺寸的 35%～ 40%，縱梁槽形斷面如圖 所示 。常用車架材料在沖壓成形后的疲勞強(qiáng)度約為 140～ 160MPa。 車架材料應(yīng)具有足夠高的屈服極限和疲勞極限，低的應(yīng)力集中敏感性，良好的冷沖壓性能和焊接性能 。 轎車車架的縱、橫梁采用焊接方式聯(lián)接，而貨車則多以鉚釘聯(lián)接（見圖 ）。橫梁還起著支承某些總成的作用。這時(shí)，主減速器與脊梁相固定，該驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)為斷開式的且獨(dú)立懸架相匹配。有時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求需將車架前、后端的寬度做得窄些或?qū)捫?，但其尺寸與限定的汽車 輪廓寬 。無論哪一種轎車車架，在前、后橋處均要求有較大的扭轉(zhuǎn)剛度，為此，相關(guān)的縱、橫梁可采用封閉式斷面，這種封閉式斷面可由相配 的一對(duì)且以垂向面為開口的沖壓成型的槽型梁相互插入并用電弧焊焊接而成。管梁部分位于后座乘客的腳下位置且在車寬的中間，因此不妨礙在其兩側(cè) 的車身地板的降低，但地板中間會(huì)有較大的縱向鼓包。在側(cè)視圖上，與其他型式的轎車車架類似，在前方車輪處縱梁向上彎曲以讓出前后獨(dú)立懸架或非斷開式后橋的 運(yùn)動(dòng)空間。 車架的結(jié)構(gòu)型式 根 據(jù)縱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，車架可分為以下幾種結(jié)構(gòu)型 式： 周邊式車架 周邊式車架用于中級(jí)以上的轎車。車架剛度不足會(huì)引起振動(dòng)和噪聲，也使汽車的乘坐舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。這些有限元軟件已發(fā)展到成熟的階段，比較成熟并且普及較廣的有美國(guó) 6 加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制的 SAP、美國(guó)麻省理工學(xué)院研制的 ADINA、美國(guó)國(guó)家航空與航天局研制的 NASTRAN、德國(guó)斯圖加特大學(xué)宇航結(jié)構(gòu)靜力學(xué)研究所研制的ASKA、世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó) ANSYS開發(fā)的 ANSYS軟件等等。金屬板件拉延成形特性分析等已步入實(shí)用化階段，為車架的全面優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。目前應(yīng)用于車架開發(fā)上比較成熟的方面主要有：剛 度、強(qiáng)度分析 (應(yīng)用于整車、大小總 5 成與零部件分析以實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì) )， NVH 分析 (各種振動(dòng)、噪聲，包括摩擦噪聲、風(fēng)噪聲等 )、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析等；建立在分析和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的各種優(yōu)化方法為車架設(shè)計(jì)提供了多種實(shí)用的選擇方案，使車架設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì)跨出了一大步。 在有限元法對(duì)汽車車架結(jié)構(gòu)的分析中，早期多采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行結(jié)構(gòu)離散化。無論是在產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)階段的方案分析、在工程設(shè)計(jì)階段的校驗(yàn)分析，還是對(duì)既有產(chǎn)品實(shí)施精確分析以實(shí)現(xiàn)再 設(shè)計(jì)，有限元分析都有其重要的作用。汽車輕量化是汽車節(jié)能環(huán)保關(guān)鍵技術(shù)之一，各國(guó)和相關(guān)的汽車公司投入大量資金和人力進(jìn)行相關(guān)研究，研究涉及汽車材料、汽車設(shè)計(jì)思想和汽車相關(guān)的材料成型技術(shù)，從而促進(jìn)了相關(guān)汽車設(shè)計(jì)理念、制造工藝、汽車零部件成型技術(shù)迅速發(fā)展。 研究背景 汽車問世百余年來，特別是從汽車產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)及汽車工業(yè)的大發(fā)展以來，汽車為世界經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展、為人類進(jìn)入現(xiàn)代生活產(chǎn)生了無法估量的巨大影響。汽車車架結(jié)構(gòu)的靜、動(dòng)態(tài)分析的主要目的是查明車架內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力、形變和相對(duì)位移，找出其固有頻率及振型，從靜、動(dòng)兩個(gè)方面檢驗(yàn)車架結(jié)構(gòu)的合理性。要評(píng)價(jià)車架設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的好壞，首先應(yīng)該清楚了解的是車輛在行駛時(shí)車架所要承受的各種不同的力。這些問題影響了我國(guó)載貨汽車 產(chǎn)品 質(zhì)量，造成了使用中的安全隱患。實(shí)驗(yàn)證明，汽車質(zhì)量降低一半，燃料消耗也會(huì)降低將近一半。 37 車架扭轉(zhuǎn)工況分析 1 研究的目的和意義 II 第 1 章 緒論 關(guān)鍵詞 ：車架 ； Pro/E； ANSYS； 強(qiáng)度 ； 剛度 II ABSTRACT In addition, the work condition of carrier car is extremely bad, and stress condition is also plex, it is unable to use simple mathematical method for accurate analysis of the calculation, and the finite element method can be used to analyze the static and dynamic performance of the frame more accurately, so that the design of frame will go from the experience design into the scientific design stage. Firstly, the overall layout of LGV is determined, on this basis, selected parameters of every assembly. Then beams and stringers’ dimensions of the frame are selected, the strength and stiffness on the frame are checked by Mechanics of Materials. After all, the frame is designed after feedback. Secondly, the 3D model is created used Pro/E. In faithful of the structure’s mechanical characteristics, it is necessary to simplify the geometry. Finally, on two directions of the bending and the reverse to analyze the strength and stiffness on the frame used ANSYS . With the frame’s actual work characteristics, the frame is analyzed under the full, the front side of the pa