【正文】 如結(jié)構(gòu)分析的用戶可以應(yīng)用這些功能，得到自動化和高質(zhì)量的網(wǎng)格。 ANSYS Workbench 作為一個大型的 CAE 分析軟件， ANSYS 自 20 世紀(jì) 70 年代誕生以來，隨著計算機(jī)和有限元理論的發(fā)展，在各個領(lǐng)域得到了高度的評價和廣泛的應(yīng)用。 （６） 計算單元應(yīng)力 根據(jù)求得的位移可以求出結(jié)構(gòu)上所有感興趣部件上的應(yīng)力。離散而成的有限單元集合體將替代原來的彈性連續(xù)體，所有的計算分析都搭在這個計算模型上進(jìn)行。為了能夠進(jìn)行數(shù)值分析，有限單元法在處理這類問題時，首先應(yīng)用離散的思想，把問題簡化為具有有限個自由度的問題，然后借用結(jié)構(gòu)矩陣分析的方法處理。有限元法最先應(yīng)用到航空工程領(lǐng)域，后來迅速推廣到機(jī)械與汽車、造船、建筑等各種工程技術(shù)領(lǐng)域，并從固體力學(xué)領(lǐng)域拓展到流體、電磁場、振動等各學(xué)科。 圖 模型裝配圖 25 車架的爆炸圖 為了更 清晰地表達(dá)各零部件的裝配關(guān)系，對裝配圖進(jìn)行分解，如圖 。高級的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER20xxi2。這就要求對縱梁的彎曲剛度進(jìn)行校核。 圖 車架橫截面 鉚釘?shù)倪x擇 [7] 根據(jù) GB/T 8671986 選擇半圓頭鉚釘，如圖 。低碳和中碳合金鋼能滿足這些要求。汽車車架常有4～ 6 根橫梁，其分布于有關(guān)總成、駕駛室、貨箱或車身的支承位置有關(guān)。車架的長度大致接近整車長度，約為軸距的 ~ 倍。門檻的寬度不大， 見圖 （ b） ，雖然從被動安全性考慮，要求門檻有足夠的強(qiáng)度和剛度。如圖 （ a） 所示，在俯視圖上車架的中部寬、兩端窄。這些通用程序的研制成功，大大簡化了結(jié)構(gòu)分析工作，只要求使用任意掌握有限元法的基本理論，熟悉建立有限元分析模型的方法和通用程序的使用方法即可。在關(guān)于優(yōu)化算法方面的研究，國外將遺傳算法引入到結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化算法中并獲得良好的效果。它使得在設(shè)計階段就可以對載貨汽車 的設(shè)計和制造過程中的各種問題進(jìn)行預(yù)測仿真，從而縮短設(shè)計周期，提高產(chǎn)品的性能質(zhì)量，節(jié)省大量資金。今天，在發(fā)達(dá)國家，汽車的普及已經(jīng)達(dá)到很高的程度，在美國平均每個家庭擁有各種汽車 2~3輛；雖然中國的汽車人均擁有量遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平，但是由于中國巨大的市場和國際汽車工業(yè)對中國汽車工業(yè)的影響，中國汽車工業(yè)經(jīng)過 50 年的風(fēng)雨歷程，已形成一個比較完整的工業(yè)體系。然而對車架進(jìn)行靜、動態(tài)性能的研究，用經(jīng)典力學(xué)方法很難得到精確的優(yōu)化解，為了能夠計算出車架的剛度和強(qiáng)度，往往對車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行較多的假設(shè)和簡化，計算模型只能構(gòu)造的比較簡單，與實際的結(jié)構(gòu)形狀相差很大。當(dāng)前，由于環(huán)保和節(jié)能的需要，汽車的輕量化已經(jīng)成為世界汽車發(fā)展的潮流。 錯誤 !未定義書簽。 38 雙側(cè)扭轉(zhuǎn)工況分析 30 車架有限元模型的建立 26 ANSYS Workbench 概述 7 橫梁、縱梁及其聯(lián)接型式 I Abstract Pro/E。 最后，使用有限元分析軟件 ANSYS 從 彎曲和扭轉(zhuǎn) 兩大方向 對車架進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析。 13 第 3 章 車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 34 前側(cè)偏載工況分析 1 第 1 章 緒 論 研究的目的和意義 在汽 車制造市場競爭日益激烈的今天，汽車制造技術(shù)越來越先進(jìn)，作為載貨汽車主要承載結(jié)構(gòu)的車架，它們的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)形式直接影響車身的壽命和整車性能 ，如動力性、經(jīng)濟(jì)性、操縱穩(wěn)定性。 載貨汽車車架是載貨車的基體，一般由兩根縱梁和幾根橫梁組成，經(jīng)由懸掛裝置。 （４） 通過對車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可以進(jìn)一步降低車架的重量，在保證車架性能 3 的前提下充分的節(jié)省材料，對降低車架的成本具有重要的意義。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， CAD/CAE/CAM 一體化進(jìn)程的加快，有限元分析在車架結(jié)構(gòu)分析中得到了廣泛的應(yīng)用。而我國大約是在 70 年代末才把有限元法應(yīng)用于車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計分析中。 （３） 有限元分析主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度分析方面，在碰撞、振動、噪聲、外流方面的模擬計算才剛剛起步，對車架結(jié)構(gòu)或部件的各項性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分析研究的實例還未廣泛進(jìn)行。貨車車架質(zhì)量一般約為整車整備質(zhì)量的 1/10。中部管梁的扭轉(zhuǎn)剛度大。車架寬度的標(biāo)準(zhǔn)化有利 于產(chǎn)品的三化，例如可使車架橫梁、前后橋及駕駛室、貨箱等進(jìn)行互換?？v梁多為沖壓件，超重型汽車的縱梁則常采用焊接結(jié)構(gòu)或軋制的成型材。轎車車架的組裝多采用二氧化碳保護(hù)焊、塞焊和點(diǎn)焊，設(shè)計時應(yīng)注意對焊接規(guī)范、焊縫布置及焊接順序的選擇；貨車 13 車架的組裝多采用冷鉚工藝，必要時也可采用特制的放松螺栓聯(lián)接。 14 第 3 章 車架 的 結(jié)構(gòu)設(shè)計 車架 橫、縱梁 設(shè)計 車架長度大致接近整車長度，約為軸距的 ～ 倍，取車架長度為 5542mm，在縱梁的全長范圍內(nèi)具有相等的高度和寬度。 1 3 0 0 0 06 2 0 06)7562 0 0( ??????W mm3 因此最大彎應(yīng)力為： 1 3 0 0 0 0 4 3 9 5 8 8 6?w? = 16Mn 鋼板的疲勞極限 1?? =220～ 260MPa， w? = 1??? 。 21 第 4 章 車架三維模型的 建立 Pro/E軟件介紹 1985 年， PTC 公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。為了實現(xiàn)這種效率，必須允許多個學(xué)科的工程師同時對同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。結(jié)構(gòu)如圖 。1960 年， Clough 進(jìn)一步解決了平面彈性問題，并首次提出了“有限單元法 這個名稱，有限元方法受到工程技術(shù)人員的關(guān)注。在工程技術(shù)領(lǐng)域研究彈性連續(xù)體在載荷和其他因素作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移時，由于應(yīng)力、應(yīng)變和位移都是位置的函數(shù)，也就是說物體中各個點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移一般是不相同的。所謂離散化，就是假想把被分析的彈性連續(xù)體分割成由有限個單元組成的集合體。 （４） 整體分析，組集結(jié)構(gòu)總剛度方程 整體分折的基礎(chǔ)是依據(jù)所有相鄰單元在公共節(jié)點(diǎn)上的位移相同和每個節(jié)點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)載荷保持平衡這兩個原則。節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力是與之相連的單元的應(yīng)力在節(jié)點(diǎn)位置的算術(shù)平均。應(yīng)用 GAMBIT 和 TGRID 的網(wǎng)格附加功能， ANSYS Workbench 12 可 31 以在用戶最少的輸入下自動生成 CFD 合適的四面體網(wǎng)格。它一些新增及增強(qiáng)功能可以處理直接耦合的多物理場問題 ，而且它將 各種求解器技術(shù)整合在一個統(tǒng)一的仿真環(huán)境 中，顯然這為多場求解提供了更有效的工作流程。通過該項工程將一個復(fù)雜的包含多場分析的物理問題，通過系統(tǒng)間的連接就能實現(xiàn)其相關(guān)性。固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時問的變化非常緩慢。這應(yīng)根據(jù)被分析結(jié)構(gòu)的幾何形狀特點(diǎn)，綜合載荷、約束等全面考慮。節(jié)點(diǎn)一般都在單元邊界上。應(yīng)用大型有限元軟件，建立汽車的有限元模型，進(jìn)行汽車的動靜態(tài)分析，完成汽車的優(yōu)化設(shè)計，已是各大汽車公司普遍采用的一種手段。因為車架靠鉚釘聯(lián)接的，裝配過程中對鉚釘?shù)牟僮魇诸l繁，所以在此過程中也加入陣列的操作。同時在腹板處也打有相應(yīng)的孔 ， R=16，用于鋼板彈簧與車架的連接時的螺栓孔。下面就 Pro/ENGINEER 的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡單的介紹。 圖 車架彎曲剛度計算示意圖 若以前、后輪軸中點(diǎn)處（即 2ax? ）的剛度作為車架的彎曲剛度，則計算公式簡化為 [8]： EJCw? = fPl483 （ ） 根據(jù)車架的受載情況，將車架的撓度分為兩部分計算： 假設(shè)車空載時，簧上負(fù)荷 sG ( 24? 貨車可取 32 0gmGs ? ， 0m 為汽車整備質(zhì)量 ) 19 均布在左、右縱梁的全長上，由于算一根縱梁的撓度，取所加載荷的一半 [9]。 圖 鉚釘 為保證機(jī)動性，左右轉(zhuǎn)向輪處于最大轉(zhuǎn)角時，前外輪的轉(zhuǎn)彎半徑值在汽車軸距的 2~ 倍范圍內(nèi)（小值適于大軸距汽車，而大值適于小軸距汽車） 。強(qiáng)度更高的鋼板在冷沖時易開裂且沖壓回彈較大，故不宜采用。貨車在后鋼板彈簧前、后支承附近也分別設(shè)置一根橫梁。與其他類型的車架 比較，其扭轉(zhuǎn)剛度最大。其優(yōu)點(diǎn)是便于安裝車身、車廂和布置其他總成，易于汽車的改裝和變型，因此被廣泛的 采用在載貨汽車、越野汽車、特種車輛和用貨車底盤改裝的大客車上。其最大特點(diǎn)是前后兩段縱梁系經(jīng)所謂的緩沖臂或抗扭盒與中部縱梁焊接相連。 建立 Pro/E 零件模型，并完成正確的裝配。具體在車架結(jié)構(gòu)分析方面，車架的剛度分析對結(jié)構(gòu)分析的重要性近些年已受到廣泛的重視。為相關(guān)企業(yè)提供一套汽車有限元分析及強(qiáng)度試驗方案，提高企業(yè)自主研發(fā)能力，增強(qiáng)企業(yè)競爭力。二、環(huán)境問題，汽車每年向大氣排放大約幾億噸的有害氣體，占大氣污染物的 60％ 以上，被認(rèn)為大氣污染的“頭號殺手”。在汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用有限元法進(jìn)行分析，是近幾十年來發(fā)展起來的計算方法和技術(shù)。 車架結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的在于確保車架強(qiáng) 度、剛度和動態(tài)性能的前提下，減輕車架的質(zhì)量，由此不僅可以減少鋼材和燃油的消耗，減少污染排放，提高車速，改善汽車起動和制動性能，而且可有效減少振動和噪聲，增加汽車和公路使用壽命。 42 參考文獻(xiàn) 34 滿載工況分析 12 本章小結(jié) 11 車架的制造工藝 Stiffne 目 錄 摘要 經(jīng)過 優(yōu)化 完成對車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 21 Pro/E 軟件介紹 26 有限元概述 此外，為了加速企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能和科技含量，必須對現(xiàn)有的車型進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度分析計算和動態(tài)特性分析研究工作，為新車型的研制開發(fā)提供借鑒和校核方法 [1]。傳統(tǒng)的車架設(shè)計方法很難綜合考慮汽車的復(fù)雜受力及變形情況，有限元法能夠很好的解決這一問題。隨著《中華人民共和國道路交通安全法》、新版《汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策》以及《在全國開展車輛超載、超限治理工作的實施方案》的出臺，這些都為加快汽車輕量化給予了政策支持和動力。近十年來，由于計算機(jī)軟件與硬件的飛速發(fā)展，板殼單元逐漸被應(yīng)用到汽車車架結(jié)構(gòu)分析中，使分析精度大為提高，由過去的定性 分析或半定量的分析過渡到定量階段。概括起來與國外輕量化研究的主要差距有： （１） 汽車結(jié)構(gòu)開發(fā)工作主要還是依賴經(jīng)驗和解剖進(jìn)口結(jié)構(gòu)進(jìn)行參照 性設(shè)計的，多用來解決樣車試驗以后出現(xiàn)的設(shè)計問題，設(shè)計與分析未能真正做到并行。通常在使用中其軸間扭角約為 1176。車架的中部為位于汽車縱向?qū)ΨQ平面上的一根矩形斷面的空心脊梁，其前后端焊以叉形梁，形成俯視圖上的 X 形狀。通常，縱梁的上表面沿全長不變或局部降低，而兩端的下表面則可根據(jù)應(yīng)力情況，適當(dāng)?shù)叵蛏鲜湛s。載貨汽車的車架縱梁沿全長多取平直且斷面也不變或少變，以簡化工藝；為使縱梁各斷面的應(yīng)力接近，可通過改變其斷面高度即使其中部斷面高、兩端較低來達(dá)到。當(dāng)橫梁與縱梁的腹板相連接時則情況會相反，這時應(yīng)注意不使其聯(lián)接跨度和聯(lián)接剛度太小，以免影響對縱梁的局部扭轉(zhuǎn)的必要約束。 本章小結(jié) 本章通過一系列的圖 例對車架的結(jié)構(gòu)型式、縱 橫梁及其聯(lián)接、車架的制造工藝及材料做了詳盡的介紹。 已知 ?L 5542mm， ?l 3260mm， a =1077mm ， ?b 1205mm， c =4200mm，1c =2693mm， 2c =1507mm。 所以前鋼板彈簧 有 效長度 mmL C 9 2 4549 7 0 8%303 2 6 0 ???????前 ，后鋼板彈簧有效長度 mmL C 1 0 8 7541 1 4 0 8%353