【文章內容簡介】 用壽命長,安全性能高,維修方便便宜，通用件多等。汽車作為目前我們國家的主要的城鄉(xiāng)交通工具，在我們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。對其進行剛度、強度、安全性能和輕量化的研究具有十分重要的意義[15]。而有限元方法是目前在國際和國內使用最為普遍，也最有現(xiàn)實意義的手段之一[16]。相關資料表明：汽車自重每減少 10%，燃油消耗可降低 6% 8%，排放可降低 5% 6%[17]。因此，在保證各項性能的前提下盡可能降低車架的質量就成為設計車架時的一個重要階段。利用有限元方法分析對車架的結構性能進行，并把先進的結構優(yōu)化方法應用在設計流程中，可以協(xié)助人們找到性能更良好，結構更優(yōu)秀，同時車架質量更輕的設計方案，經(jīng)濟而實用，這對于追求結構的性能和車架輕量化設計的今天具有舉足輕重的意義[18]。一些結構件長期工作在振動和沖擊載荷下，工作條件十分惡劣。尋找適用于這些結構件正確并且可靠的設計與計算方法,成為了提高汽車工作性能以及汽車可靠性的重要途徑之一[19]。車架作為非承載式車身的最主要的承載部件，承擔著汽車的大部分的載荷，其性能好壞直接影響了車性能的好壞[16]。在車架安裝著發(fā)動機、傳動系、轉向系、懸架、駕駛室等有關部件和總成,眾多的部件與總成造就了車架復雜工作狀態(tài),所以無法直接用簡單的數(shù)學方法對它進行準確而具體的分析計算,但是采用有限元方法就可以對車架的靜態(tài)和動態(tài)特性進行相對準確的分析,從而使得車架的設計從經(jīng)驗設計跨越到科學設計階段[4]。拿有限元法與傳統(tǒng)的分析方法做下比較，發(fā)現(xiàn)[20]:(l)不管分析物體的CAD形狀,都可以利用有限元法進行多單元描述,因此有限元法能夠適合于多種多樣的工程實踐。(2)在使用有限元法時,對于單元材料特性大可不必費心,因為材料屬性可以的按照工件的實際情況而定，而且可以設置成不關聯(lián)，所以不用考慮各結構件之間的關系和彼此的影響。(3)在進行有限元分析時,可以根據(jù)對象的實際約束與載荷情況,對分析對象進行在不同工況下的分析,這樣并不會比進行單一工況分析多費很多的功夫。這樣不僅會大大提高工程實踐的效率,而且還可以從中發(fā)現(xiàn)約束與載荷之間的相互關系，一舉多得。(4)有限元的各個單元進行模擬計算時,因為單元各自的運算公式都是一樣的,所以在計算時,模擬計算也就更加快速,同時方便在計算機上進行統(tǒng)一編程,有利于將程序編成模塊結構，方便使用。(5)有限元分析的最終的目的是將工程實踐問題快速的解決,所以有限元分析需要在計算機中能夠快速而方便的得出結論。有限元分析的具體步驟是[21]:(1)將模型離散化,即對其劃分單元或網(wǎng)格。(2)固定約束，施加載荷。(3)計算各個單元在本工況下的剛度矩陣,以建立單元的平衡方程。(4)對結構整體剛度矩陣進行求解,建立結構的整體平衡方程。(5)對線性代數(shù)方程組求解,從而得出各個節(jié)點位移,由節(jié)點位移求出各個單元節(jié)點應力。(6)顯示運算處理計算結果，輸出最終結果。具體的有限元分析運算解決流程圖參照圖16圖16有限元分析流程圖本章介紹的是國內外舞臺車研究的現(xiàn)狀，主要的是國內的研究現(xiàn)狀，因為國外的經(jīng)濟實力較好，舞臺車都較貴，對于我國需要舞臺車的地方根本負擔不起，今后舞臺車的發(fā)展趨勢，以及流動舞臺車的舞臺的一些技術要求。最后也是最重要的就是本課題選題的意義所在，因為汽車在我們生活中越來越普遍，也正就說明了汽車對我們的日常生活越來越重要，雖說本課題為舞臺車的有限元分析，但是說到底同樣適用于其他特種車，我們不能只狹隘的看到一點，甚至適用于所有的汽車車架。還有就是有限元分析與傳統(tǒng)分析方法對比的特點，最后贅述的就是有限元分析的方法步驟，并附加了一張圖片以更加簡潔的說明。這很適合初學者，圖文并茂，言簡意賅。上世紀五六十年代，我國對于車架的設計和強度校核仍然是依靠傳統(tǒng)的設計方法，即依靠的是經(jīng)典材料力學、彈性力學、理論力學和結構力學的經(jīng)驗公式，將車架結構大量簡化，而設計的結果需經(jīng)過試驗來驗證，該法具有一定的可靠性和科學性[22]。在求解工程技術領域的實際問題時，利用建立基本方程和邊界條件的方法還是比較容易的，但是由于實際工件的幾何形狀、載荷和材料的不規(guī)則性，不容易得到解答。因此，尋求近似解法也就成了必由之路[23]。在多年的摸爬滾打之后，發(fā)現(xiàn)雖然近似算法有很多，但是最好用的還是有限元分析法，因此有限元法也就變成最常用的了。在使用有限元法進行求解時，一般把求解區(qū)域看成為是由許許多多的小的單元在節(jié)點處相互連接的子域構成的。由于可以單元分割成各種形狀和根據(jù)情況分割成大小不一的尺寸，因此有限元法能很好地適用于解決復雜的幾何形狀、材料特性以及邊界條件的情況，同時在成熟的各種大型輔助軟件的支持下，它已變成非常受歡迎的、應用極其廣范的計算方法[24]。國外在車架的強度計算中使用有限元法比較早，而我國大約是在七十年代末才把有限元法應用于汽車車架的結構強度設計分析中。近十年來，由于計算機軟件與硬件的迅猛發(fā)展，有限元法逐漸被應用到特種汽車的車架結構分析中[25]。我所應用的是 The MSC. Software Corporation(簡稱 MSC)有限元分析軟件，其前后處理軟件是 MSC. PATRAN，有限元求解器是 MSC. NASTRAN。即分析軟件是NASTRAN。下面是求解器MSC. NASTRAN功能介紹：1966 年，為滿足當時美國航空航天業(yè)對結構分析的急切需求，所以美國國家航天局 NASA（National Aeronautics and Space Administration）主持召開了大型通用有限元應用程序系統(tǒng)開發(fā)的公開招標工作，與此同時將該程序系統(tǒng)命名為 NASTRAN。介紹下中標的公司。中標的是美國的MSC 公司，其創(chuàng)辦于 1963 年，其總部設在美國的洛杉磯。在1966 年，MSC 公司參與了NASTRAN 的開發(fā)招標工作，并一舉中標，故參與了整個 NASTRAN 的研發(fā)過程。于1969年，NASA 推出 了NASTRAN 的第一個版本，在1973 年 NASTRAN 進行版本升級， 版本發(fā)布， NASTRAN 的特約且唯一維護商。1971 年， NASTRAN做了大量修改，采用了新的單元數(shù)據(jù)庫，增加了程序的功能，對用戶界面進行了人性化改進，提高了系統(tǒng)運算速度和效率，對硬件的要求降低。特別對其矩陣方法做了許多重大改進，不久之后推出了公司自己的專利版本：MSC. NASTRAN。之后，MSC 公司對 其名下產(chǎn)品NASTRAN進行不斷的改進與升級，在公司的不斷努力下，NASTRAN的性能和適用性都有了根本上的飛躍。NASTRAN軟件的可靠性很高，品質卓越，得到了業(yè)界充分的肯定，所以眾多大公司以及工業(yè)行業(yè)都把 MSC. NASTRAN 的最后結果作為標準以代替其他的質量規(guī)范。同時MSC. NASTRAN具有的開放式的結構，組織結構實現(xiàn)了全模塊化使其在擁有很強的分析功能的同時又保證了良好的靈活性，允許使用者可根據(jù)自己的實際工程問題和不同的需求進行獨立的模塊組合從而獲取最佳的求解方式。