【正文】 20Kg；(2)車身質(zhì)量：650Kg；(3)貨箱質(zhì)量：300Kg；(4)乘員質(zhì)量：325Kg；車輛的使用工況雖然很復(fù)雜、但直接關(guān)系到車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要是彎曲和滿載扭轉(zhuǎn)(即彎扭)兩種工況。雖然在實(shí)驗(yàn)過程中為避免這些因素的影響，將應(yīng)變片盡量遠(yuǎn)離這些區(qū)域，但是影響仍然會(huì)存在。實(shí)驗(yàn)工況為整車原地加載，加載過程中將300kg的重物均布在貨廂底板上，同時(shí)在車身前部駕駛室內(nèi)座椅上按照實(shí)際工況布置225kg的重物。1)實(shí)驗(yàn)中采用應(yīng)變片測試技術(shù)。試驗(yàn)原理及方法應(yīng)變片工作原理:電阻應(yīng)變片簡稱為電阻片或應(yīng)變片。有限元分析過程中，要有足夠的約束條件，以消除車架的整體剛性位移，求出車架結(jié)構(gòu)因變形而引起的各結(jié)點(diǎn)位移。6．1 計(jì)算模型由于車輪軸通過前、后鋼板彈簧裝在車架上，車架上面承受著發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、車箱及貨物等一系列垂直于框架平面的載荷，所以車架實(shí)際上可視作空間板架結(jié)構(gòu)。2)考慮接頭形狀有完全法和混合法。組合單元模型則是既采用梁單元也采用板殼單元進(jìn)行離散。有限元的特點(diǎn)是始終以矩陣形式來作為數(shù)學(xué)表達(dá)式，便于程序設(shè)計(jì)，大量工作是由電于計(jì)算機(jī)來完成，只要計(jì)算機(jī)容量足夠，單元的剖分可以是任意的，對(duì)于任何復(fù)雜的幾何形狀，多樣化的載荷和任意的邊界條件都能適應(yīng)。如圖： 縱梁上的支架 4．3 繪制橫梁圓柱形的橫梁用軟管功能即可實(shí)現(xiàn)。由于給定了二維圖形，故在建模模式下，用草圖功能，在草圖xc yc , yc zc平面上分別畫出車架縱梁的某一條外沿線在主視圖和俯視圖的投影，然后完成草圖，在建模(Modeling)中拉伸成片體，并使兩個(gè)片體相交，求交線，由此得到車架縱梁的輪廓線外沿線，并用相同的方法得到車架縱梁的四條外沿線。超單元分析則在子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了重復(fù)和鏡像映射和多層子結(jié)構(gòu)功能，不僅可單獨(dú)運(yùn)算而且可與整體模型混合使用，結(jié)構(gòu)中的非線性與線性部分分開處理可以減小非線性問題的規(guī)模。基于一維、二維、三維熱分析單元，、對(duì)流、輻射、相變、熱控系統(tǒng)在內(nèi)所有的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，并真實(shí)地仿真各類邊界條件，構(gòu)造各種復(fù)雜的材料和幾何模型，模擬熱控系統(tǒng)，進(jìn)行熱—結(jié)構(gòu)耦合分析。很多材料在達(dá)到初始屈服極限時(shí)往往還有很大潛力可挖，通過非線性分析工程師可充分利用材料的塑性和韌性。，它具有其它有限元分析軟件所無法比擬的強(qiáng)大分析功能。該分析同時(shí)還提供結(jié)構(gòu)的重量和重心數(shù)據(jù)。它允許熱工程師預(yù)測承受熱載荷的系統(tǒng)中的熱流和溫度。* 高級(jí)仿真提供世界級(jí)的網(wǎng)格劃分功能。高級(jí)仿真包括一整套預(yù)處理和后處理工具，并支持多種產(chǎn)品性能評(píng)估解法。如果需要，內(nèi)壁拓?fù)鋵⒉煌谕獗冢?3．對(duì)共同的設(shè)計(jì)元素的用戶定義特征User Defined Features。在本次建模中，主要用到的是實(shí)體建模部分，即Solid Modeling，下面概述實(shí)體建模部分（Solid Modeling）的基本功能實(shí)體建模 (Solid Modeling) UG/Solid Modeling是所有其它幾何建模產(chǎn)品的基礎(chǔ)。多年來，UGS公司一直在支持美國通用汽午公司實(shí)施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目，同時(shí)UG也是日木著名汽車零部件制造商DFNSO公司的計(jì)算機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并在全球汽車行業(yè)得到了應(yīng)用，如Navistar,底特律柴油機(jī)廠、Winnebago和Rorbert Bosch AG等。包括單元類型的選擇，結(jié)構(gòu)的材料特征參數(shù)的確定，實(shí)體建模，節(jié)點(diǎn)和單元網(wǎng)格的確定，邊界條件或約束條件及載荷的移置等。第六步:聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。顯然單元越小(網(wǎng)絡(luò)越細(xì))則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。由于大多數(shù)實(shí)際問題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。有限元方法是數(shù)值計(jì)算中的—種離散化方法，用數(shù)學(xué)術(shù)語來說，就是從變分原理出發(fā)，通過分區(qū)插值把二次泛函(能量積分)的極值問題化為一組多元線性代數(shù)方程來求解。主要通過以下步驟完成：1) 通過UG等軟件建立輕型汽車車架總成的三維幾何數(shù)學(xué)模型2) 劃分有限元單元3) 設(shè)定約束條件和承載情況4) 對(duì)不同工況下車架的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計(jì)算5) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，提出改進(jìn)意見在以上步驟中，第2，3，4步是核心步驟，第1步是最重要的準(zhǔn)備工作。車架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性和壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴(yán)重變形和開裂。汽車車架結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是汽車工業(yè)近些年的重要研究領(lǐng)域。因此，其強(qiáng)度不僅關(guān)系到整車能否正常行駛，而且還關(guān)系到整車安全性。由于計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，使得有限元法在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。1．2 有限元法在國內(nèi)、外 汽車分析方面的應(yīng)用和發(fā)展概況有限單元法是一種很有效的數(shù)值計(jì)算方法，它能對(duì)工程實(shí)際中幾何形狀不規(guī)則，載荷和支承情況復(fù)雜的各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形計(jì)算、應(yīng)力分析和動(dòng)態(tài)特性分析。 Static analysis。其結(jié)果還可以為車架的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供理論依據(jù)。對(duì)應(yīng)車架在扭轉(zhuǎn)和彎曲兩種工況，施加相應(yīng)的邊界條件和載荷條件，進(jìn)行了靜態(tài)響應(yīng)分析，找出了車架結(jié)構(gòu)中的薄弱部位。利用現(xiàn)代CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行汽車新產(chǎn)品的開發(fā)，是現(xiàn)代汽車企業(yè)開發(fā)新的汽車產(chǎn)品的重要手段之一，它可以在新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)階段預(yù)測、評(píng)估汽車的各種性能，為產(chǎn)品的開發(fā)成功提供了一定的保障。以后所有的分析計(jì)算就在這個(gè)離散的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行。實(shí)際上，有限元法發(fā)展到了今天，已發(fā)展的較為完善，它已經(jīng)被認(rèn)為是工程分析中最強(qiáng)有力而又最通用的計(jì)算方法，其應(yīng)用范圍很廣，并且由于實(shí)踐性強(qiáng)而具有強(qiáng)大的生命力。Ao, Kazuo等人對(duì)利用有限元靜態(tài)強(qiáng)度分析結(jié)果指導(dǎo)車架設(shè)計(jì)過程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。各梁所采用的截面形狀和尺寸；縱、橫梁聯(lián)接接頭的型式等等?？紤]到客車在國內(nèi)的具體使用情況在可能的情況下，車架的設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮易于吸收撞擊的結(jié)構(gòu)[22]。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已越來越適應(yīng)不了發(fā)展的需要。從物理或幾何概念來說，有限元方法是結(jié)構(gòu)分析的一種計(jì)算方法，是矩陣方法在結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)等領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用，其基本思路是將彈性連續(xù)體劃分成有限數(shù)量的小單元體，它們?cè)谟邢薅鄠€(gè)節(jié)點(diǎn)上相互連結(jié)。20世紀(jì)60年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算有限元概念的克拉夫(Clough)教授形象地將其描繪為:“有限元法=RayleighRitz法+分片函數(shù)”，即有限元法是RayleighRitz法的一種局部化情況。為保證問題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來評(píng)價(jià)并確定是否需要重復(fù)計(jì)算。由于商用軟件已經(jīng)針對(duì)多種模型進(jìn)行過驗(yàn)證運(yùn)算，因此只需要按照提示輸入各種條件，包括收斂的方法(在軟件中，這常被稱為求解器)等，計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果。2000年來UGS公司在中國的用戶已超過800家，裝機(jī)量達(dá)到3500多臺(tái)。 u 特征編輯1．編輯和刪除特征∶參數(shù)化編輯和重定位； 2．特征抑制，特征重排序，特征插入。許多自由形狀建模操作可以直接產(chǎn)生或修改實(shí)體。本軟件然后使用該解算器的術(shù)語或“語言”及分析類型來展示所有網(wǎng)格劃分、邊界條件和解法選項(xiàng)。另外，高級(jí)仿真使分析員能夠控制特定網(wǎng)格公差，這些公差控制著（例如）軟件如何對(duì)復(fù)雜幾何體（例如圓角）劃分網(wǎng)格。您可以使用 NX 熱和 NX 流一起執(zhí)行耦合熱/流分析。在靜力分析中除線性外，主要分為幾何非線性，材料非線性及考慮接觸狀態(tài)的非線性如塑性、蠕變、大變形、大應(yīng)變和接觸問題等。針對(duì)于中小及超大型問題不同的解題規(guī)模。接觸分析也是非線性分析一個(gè)很重要的應(yīng)用方面，如輪胎與道路的接觸、齒輪、墊片或襯套等都用到接觸分析。 ：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)氣彈響應(yīng)分析、顫振分析及氣彈優(yōu)化。9．高級(jí)對(duì)稱分析針對(duì)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱、反對(duì)稱、軸對(duì)稱或循環(huán)對(duì)稱等不同的幾何特點(diǎn)。又由于曲線的生成是完全按照設(shè)計(jì)圖紙的到的，得到的縱梁即為設(shè)計(jì)師要求達(dá)到的理想形狀。再充分利用折彎，沖孔和展開功能。因此，正確建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，是分析工作的第一步。5．2 車架的計(jì)算方法汽車車架的主要結(jié)構(gòu)形式為邊梁式車架，貨車車架縱梁截面多為槽形，橫梁截面可為槽形、閉口矩形或圓管。5．3 等效載荷的簡化計(jì)算結(jié)果的真實(shí)值與可信性程度如何與模型的建立、載荷的簡化有直接的關(guān)系。因此，在任一節(jié)點(diǎn)處，須考慮6個(gè)節(jié)點(diǎn)位移分量。（部分單元）（全部單元）6．3 對(duì)車架進(jìn)行應(yīng)變測量實(shí)驗(yàn)汽車的使用條件非常復(fù)雜,對(duì)整車和總成的性能要求也很高,即使在設(shè)計(jì)和制造時(shí)對(duì)某些問題考慮非常周密也不能保證性能的完備性,提高產(chǎn)品質(zhì)量和市場競爭力的重要手段.汽車試驗(yàn)按照試驗(yàn)對(duì)象分類,包括:1)整車試驗(yàn) 試驗(yàn)的目的是考核評(píng)定整車的主要技術(shù)性能,測出其各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo),如動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、平順性、制動(dòng)性和通過性等。應(yīng)變片由敏感元件、基底、蓋片和引線組成,其中的敏感元件用黏合劑粘在其底和蓋片之間,引線焊接在線柵的兩端。補(bǔ)償片貼在相同材料、相同溫度、不受力的材料上。比較點(diǎn)12345678計(jì)算值10512912098130102122142實(shí)驗(yàn)值96表1彎曲工況下實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值的應(yīng)力比較比較點(diǎn)12345678計(jì)算值220125145195145155160195實(shí)驗(yàn)值202103133188141149157187表2彎扭工況下實(shí)驗(yàn)值和計(jì)算值的應(yīng)力比較由于有限元分析方法是一種近似數(shù)值求解方法，因此對(duì)工程實(shí)際問題進(jìn)行計(jì)算時(shí)很難求得精確解。由上圖可以看出，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，計(jì)算結(jié)果的誤差在基本177。此種扭轉(zhuǎn)工況下的動(dòng)載，在時(shí)間上變化得很緩慢，其扭轉(zhuǎn)特性可以近似地看作是靜態(tài)的，許多試驗(yàn)結(jié)果也都證實(shí)了這一點(diǎn)，即靜扭試驗(yàn)下的骨架強(qiáng)度可以反映出實(shí)際強(qiáng)度。并重點(diǎn)對(duì)空間梁的有限元分析進(jìn)行了解釋,建立了車架有限元平衡方程并予以求解。其次,建立了車架的有限元模型。有限元分析過程中，要有足夠的約束條件，以消除車架的整體剛性位移，求出車架結(jié)構(gòu)因變形而引起的各結(jié)點(diǎn)位