【正文】 加速度方向與車架重力方向相反，即加速度方向為Z軸正方向。其中，關(guān)鍵點編號可通過以下操作查看：PlotCtrls→Numbering，彈出Plot Numbering Controls窗口，將Keypoint numbers設(shè)為On即可。由于這些因素很復(fù)雜，使動載系數(shù)難以用數(shù)學(xué)分析法確定。汽車在行駛時，考慮到不同的路面上，汽車車架受力狀況不一樣，故靜力分析工況一般選擇彎曲工況和扭轉(zhuǎn)工況這兩種。整個車架前、后懸架系統(tǒng)的模型如圖410所示。劃分網(wǎng)格完成后后的模型如圖47所示。Solid95單元的示意圖如圖42所示。圖41 導(dǎo)入ANSYS后的實體模型保存所的模型，F(xiàn)ile→Save as。節(jié)點的應(yīng)力是與之相連的單元應(yīng)力在節(jié)點位置的算數(shù)平均值。 靜力分析基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)靜力分析是用來計算不包括慣性和阻尼效應(yīng)的載荷作用在結(jié)構(gòu)或者部件上時引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。建立左側(cè)吊耳時，在其與車架連接的相應(yīng)位置創(chuàng)建所需基準平面，繪制草圖，進行拉伸。如圖34所示。（2）結(jié)構(gòu)中不受力的結(jié)構(gòu)忽略不計。模型化就是要確定節(jié)點，并選擇單元類型，也就是將結(jié)構(gòu)離散化或者單元的劃分過程。③ 指定載荷步載荷步選項是用來更改載荷步的，例如子步數(shù)、載荷步的結(jié)束時間以及輸出控制等。②建立有限元模型ANSYS軟件提供了4種方法來建立有限元模型：直接建模，實體建模，導(dǎo)入在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)CAD中創(chuàng)建實體模型，導(dǎo)入在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)CAD中創(chuàng)建的有限元模型。求解模塊包含結(jié)構(gòu)分析（結(jié)構(gòu)線性分析、結(jié)構(gòu)非線性分析及結(jié)構(gòu)高度非線性分析）、熱分析、流體動力學(xué)分析、聲場分析、電磁場分析、壓電分析及多物理場的耦合分析，可以模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析和優(yōu)化分析能力；后處理模塊可以將計算機結(jié)果用彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等方式顯示，也可以將計算結(jié)果用圖表、曲線的形式顯示或輸出。目前，國內(nèi)的許多院校、研發(fā)部門都在使用該軟件。但UG提供了分析軟件NASTRAN 、ANSYS 、PATRAN接口，注塑模分析軟件MOLDFLOW、機構(gòu)動力學(xué)軟件IDAMS接口等，以便于對模型進行分析。20世紀90年代初，美國的通用汽車公司選擇UG作為全公司的CAD/CAM/CAE的主導(dǎo)系統(tǒng)，推動了UG的發(fā)展。本文以6470型SUV車架作為研究對象，用UG軟件建立三維實體模型，通過UG軟件與ANSYS軟件之間的無縫連接，將三維實體模型導(dǎo)入ANSYS軟件，建立有限元模型，運用ANSYS軟件強大的分析功能對車架進行結(jié)構(gòu)分析，進而校核該車架的強度和剛度。目前，車架設(shè)計一般分為兩種：一種是傳統(tǒng)設(shè)計方法（經(jīng)驗設(shè)計法），另一種是現(xiàn)代設(shè)計方法（有限元分析計算法）。而各大高校也都用有限元分析法對車架結(jié)構(gòu)進行分析及優(yōu)化。而隨機激勵響應(yīng)分析可以用來對車輛的強度、剛度、振動舒適性和噪聲等方面的分析。國外十分重視有限元法對車架結(jié)構(gòu)進行輔助設(shè)計，并且取得了大量的研究成果。此外，車身車架是一個十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，用經(jīng)典力學(xué)的方法不可能得到精確的解答，特別是在設(shè)計的初期不會有實測數(shù)據(jù)。橫梁不僅用來保證車架的扭轉(zhuǎn)剛度和承受縱向載荷，而且還可以支撐汽車上的主要部件。因此，車架還應(yīng)該具有足夠的強度和適當(dāng)?shù)膭偠?。車架也?yīng)該有足夠的剛度以保證其有足夠的可靠性和使用壽命，縱梁等主要零件在試用期內(nèi)不應(yīng)該有嚴重的變形和開裂。本文以6470型SUV車架作為研究對象，分析論證了CAD/CAE技術(shù)在汽車車架設(shè)計中的應(yīng)用，主要內(nèi)容如下：（1） 選取一個SUV車型，通過查找和測量得到其主要的車型參數(shù)。因此，車架的靜、動態(tài)特性是其結(jié)構(gòu)設(shè)計、改進和優(yōu)化的依據(jù)，是確保整車性能優(yōu)良的關(guān)鍵因素之一。(3) Import the three dimensional frame model in UG into ANSYS through the seamless connection所以，車架應(yīng)有足夠的強度，使安裝在車架上的相關(guān)機構(gòu)的相對位置在汽車行駛時能夠保持不變，并使車身的變形最小。這些變形會使安裝在車架上的各部件之間的相對位置發(fā)生變化，從而影響其正常工作。根據(jù)汽車形式不同和結(jié)構(gòu)布置的要求，縱梁可以在水平面內(nèi)或縱向平面內(nèi)做成彎曲的，以及等斷面的或是非等斷面的。這種方法不但費時費力，大多依靠經(jīng)驗，缺乏科學(xué)性，而且也不可能針對多種方案進行評價。60年代中后期，國外就開始了對車架的有限元靜態(tài)分析。當(dāng)前，國外各大汽車公司利用有限元軟件對車架結(jié)構(gòu)進行靜態(tài)分析、模態(tài)分析的技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其工作重心已經(jīng)轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)分析、噪聲分析、碰撞分析的領(lǐng)域。如長春第一汽車廠，他們對所有的重要零部件都進行有限元分析校核，上海大眾與同濟大學(xué)聯(lián)合建立了桑塔納車身有限元模型，對車身進行靜態(tài)扭轉(zhuǎn)計算等等[6]。所以汽車車架的結(jié)構(gòu)性能分析對汽車安全性起到非常重要的作用。從上可以看出，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。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。在曲面造型、數(shù)控加工方面是UG的強項，而分析方面相對較弱。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。前處理模塊擁有強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，方便用戶構(gòu)造有限元模型。材料模型和材料特性參數(shù)能夠表征實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)的精確輸入是實際工程問題得到正確解答的關(guān)鍵。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。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。這些細節(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。將草圖中兩同心圓拉伸并求差，得到第一根橫梁。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。計算分析了其在四種不同最大載荷工況下應(yīng)力和變形，以便校核其強度和剛度。 [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。將模型顯示為實體：PlotCtrls→Style→Solid Model Facets,在彈出的對話框中選擇性Normal Faceting，選擇Plot→Rplot，得到車架的實體模型，如圖41所示。Solid95單元有塑性、蠕變、應(yīng)力剛度、大變形及大應(yīng)變能力。如圖46所示。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。 車架各總成質(zhì)量名稱質(zhì)量/kg車身810發(fā)動機167變速器與離合器轉(zhuǎn)向器及機構(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)量按標準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。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）。繼而彈出Apply U,ROT on KPs對話框，如圖413所示，選擇與關(guān)鍵點相應(yīng)的約束即可。圖415 在節(jié)點上加載對話框加載時，集中力載荷加載對應(yīng)節(jié)點上，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)動機質(zhì)量為167kg，那么，彎曲工況下，在發(fā)動機支撐位置的節(jié)點處施加力的大小為：2167=，方向為FZ。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。 扭轉(zhuǎn)工況約束節(jié)點編號UxUyUzROTxROTyROTz4//////1//20mm///3//20mm///116/// //12 / / /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，“/”表示對其自由度進行約束。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車架的抗扭能力。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。 轉(zhuǎn)彎工況約束節(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，“/”表示對其自由度進行約束。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。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。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。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應(yīng)力分布的情況及最大應(yīng)力點的位置 ,預(yù)估產(chǎn)品的剛度和強度。