【導讀】車架作為非承載式車身結(jié)構的主要承載部件，要承擔汽車的大部分載荷，其性直接關系到整車性能的好壞。車架的性能主要取決于車架在靜態(tài)載荷和動態(tài)載荷下的響應情況，因此對車架進行靜、動態(tài)響應分析不僅可以評價車架自身的性能，而且還可以作為整車的行駛平順性等性能的評價指標。其結(jié)果還可以為車架的優(yōu)化設計和結(jié)構改進提供理論依據(jù)。本文運用UG軟件建立農(nóng)用三輪車車架零部件及總成三維模型，并運用UG或相關軟件對車架進行有限元的強度分析。對車架及其載荷進行了適當簡化，在繪圖軟件UG中建立了車架的三維模型，利用UG的高級仿真模塊將三維模型導入，進行了有限元網(wǎng)格的劃分。本文的研究結(jié)果為研究整車振動、疲勞和噪聲等問題奠定了基礎，并可對廠家的生產(chǎn)實踐具有指導意義。目前國內(nèi)外汽車市場的競爭日益激烈，

　　

【正文】 研究材料的選擇是否合理。本課題中所做的車架試驗即為其中的機構及總成試驗。試驗原理及方法應變片工作原理:電阻應變片簡稱為電阻片或應變片。它是一種將應變轉(zhuǎn)化為電阻變化的置換元件。應變片不僅能夠測量應變,而且對于任何物理量,如力、轉(zhuǎn)矩、壓強、位移、溫度及加速度,只要能夠設法變?yōu)閼兊南鄳兓?都可以利用對應的應變片進行測量,所以它在測試中應用特別廣泛。應變片由敏感元件、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。將應變片用黏合劑貼在試件上,試件受力產(chǎn)生變形時,應變片也同時發(fā)生變形,其電阻隨之改變,即產(chǎn)生應變片的應變效應。各應變片分別用導線接出,通過預調(diào)平衡箱與靜態(tài)電阻應變儀相聯(lián)。其中預調(diào)平衡箱對每片應變片進行預平衡處理,消除非車架變形產(chǎn)生的應變,進而通過靜態(tài)電阻應變儀,讀出應變片在車架變形作用下的應變[27]。對該車車架進行抗彎靜載強度測試，以根據(jù)實驗結(jié)果修正有限元計算模型。1)實驗中采用應變片測試技術。根據(jù)測點受力狀況，按應變片粘貼技術要求粘貼電阻應變片，經(jīng)固化檢驗（阻值變化，絕緣）后，連接導線及應變儀。2)為保證測量精度，采用單片測量方法（另設補償片）。補償片貼在相同材料、相同溫度、不受力的材料上。3)根據(jù)應變儀所讀出的測點實際應變值，利用公式即可獲得測點的應力值。其中，為材料的彈性模量。金屬膠基電阻應變片：規(guī)格，阻值為，靈敏系數(shù)為，邢臺金力傳感元件廠生產(chǎn)接線端子：邢臺金力傳感元件廠生產(chǎn)應變儀型號：YJD——1型（具有靈敏系數(shù)補償功能），上海華東電子儀表廠生產(chǎn)平衡箱型號：P20R1型，上海華東電子儀表廠生產(chǎn)(5)感應式標準應變發(fā)生儀：DBYM——1型，廣東省科學院試驗儀器廠動力總成質(zhì)量（不包括車架）：220Kg；車身重量：650Kg；乘員重量：325Kg；貨箱重量：300Kg；6．4 實驗結(jié)果與計算結(jié)果的對比為驗證有限元模型的正確性，對車架進行了靜態(tài)彎曲強度測試。實驗中過程中采用YJD1型應變儀測量車架的應變，然后根據(jù)實驗中測量的各點應變和材料的特性計算出相應的應力值。實驗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，同時在車身前部駕駛室內(nèi)座椅上按照實際工況布置225kg的重物。測點布于車架縱梁的上方。，表1和表2分別列出了在彎曲和彎扭工況下計算值和實驗值。比較點12345678計算值10512912098130102122142實驗值96表1彎曲工況下實驗值和計算值的應力比較比較點12345678計算值220125145195145155160195實驗值202103133188141149157187表2彎扭工況下實驗值和計算值的應力比較由于有限元分析方法是一種近似數(shù)值求解方法，因此對工程實際問題進行計算時很難求得精確解。有限元分析過程中的誤差包括模型誤差和計算誤差。模型誤差是將實際問題抽象為有限元模型時產(chǎn)生的，它包括離散誤差，單元形狀誤差、模型誤差，而計算誤差是采用數(shù)值方法對模型計算產(chǎn)生的誤差，其性質(zhì)是舍入誤差和截斷誤差。上述誤差都可以造成有限元理論計算結(jié)果與實測結(jié)果之間的差異。例如，有限元模型中假定材料為各向同性，但由于制造過程中加工和熱處理的影響會導致實際結(jié)構材料特性的不均勻性。雖然在實驗過程中為避免這些因素的影響，將應變片盡量遠離這些區(qū)域，但是影響仍然會存在。建立的模型和實際車架有一點的差別，建模中忽略了一些小的特征；車架的實際受力與模型上的力的加載肯定存在著誤差等等因素導致了應力和應變的差別。基于上述考慮，有限元計算結(jié)果與實驗結(jié)果之間不可避免地存在有誤差。由上圖可以看出，與實驗結(jié)果相比，計算結(jié)果的誤差在基本177。10%之內(nèi)。由于計算誤差基本可以滿足求解工程問題的需要，因此可以利用計算模型對結(jié)構的設計進行評價并為結(jié)構的修改提供計算依據(jù)。滿載時作用于車身結(jié)構的載荷分別處理為：結(jié)構自重、各裝備重量、乘客重量。座位上的乘客與座椅載荷分配到相近的節(jié)點上；發(fā)動機、變速器等載荷則各自分配到相應的支承節(jié)點上。計算過程中各部分載荷重量如下：(1)動力總成質(zhì)量（不包括車架）：220Kg；(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雜、但直接關系到車身結(jié)構強度的主要是彎曲和滿載扭轉(zhuǎn)(即彎扭)兩種工況。(1)彎曲工況：在滿載情況下，研究車架的抗彎強度。(2)彎扭工況：車架遭受較劇烈的扭轉(zhuǎn)工況、一般是當汽車以低速通過崎嶇不平路面時發(fā)生的。此種扭轉(zhuǎn)工況下的動載，在時間上變化得很緩慢，其扭轉(zhuǎn)特性可以近似地看作是靜態(tài)的，許多試驗結(jié)果也都證實了這一點，即靜扭試驗下的骨架強度可以反映出實際強度。因此，在滿載情況下，一個前〔后〕輪懸空時施加在前（后）橋上的扭矩的作用，應認為是最嚴重的扭轉(zhuǎn)工況。6．5 計算結(jié)果及分析車架在滿載、靜態(tài)狀態(tài)下，縱梁上的應力基本上在70Mpa左右。此外，在一些支架與縱梁連接處應力較大，分別位于以下各點：后鋼板彈簧前支撐處：166Mpa；前鋼板彈簧后支撐與縱梁相交處：127Mpa；第一支架與縱梁連接處：；彎曲工況的相關圖示如下:——車身載荷分布圖靜載荷彎曲工況——車架應力分布云圖圖靜載荷彎曲工況——車架位移分布云圖圖動載荷車架彎曲位移分布云圖圖動載荷車架彎曲應力分布云圖車架在滿載、靜態(tài)、單輪懸空其他三輪水平狀態(tài)下，此時車架會承受較大的扭轉(zhuǎn)力矩。這種情況下，較大應力的位置分別位于以下各點：圖靜載荷彎扭工況——位移約束 圖靜載荷彎扭工況——應力分布圖彎扭工況——位移分布圖動載荷彎扭工況——車架位移分布圖動載荷彎扭工況——應力分布結(jié)論車架作為汽車的重要組成部分,它的強度關系到整車的安全性和使用壽命,因此, 使用有限元分析方法對該田野汽車車架強度進行校核,其重要意義就在于提高整車安全性,提高車輛的使用壽命,從而進一步提高整車質(zhì)量。本論文對有限元分析方法進行了較細致的闡述。介紹了有限單元的形成,有限元法的基本思路,有限元法的計算步驟和有限元基本原理及公式。并重點對空間梁的有限元分析進行了解釋,建立了車架有限元平衡方程并予以求解。本論文闡明了建立有限元模型的基本原則,即保證計算精度和控制模型規(guī)模。介紹了建立有限元模型的一般方法,包括有限元建模一般要考慮的問題,建立計算模型的幾個策略和方法。最后簡單介紹了有限元法的應用。,論文給予了詳細介紹,如直接CAD幾何訪問,有限元分析定義等。本論文綜述了車架有限元分析技術的概況,介紹了車架的功用和要求,車架的類型和構造,并重點闡述了車架的靜態(tài)分析,包括力學模型的選擇,車架的計算方法,等效載荷的簡化。本課題首先采用應變片測試技術對車架進行了應變測量實驗,得到了實際的數(shù)據(jù)。為車架強度的有限元分析打下了良好的基礎。其次,建立了車架的有限元模型。由于車架通過前、后鋼板彈簧裝在車輪軸上，上面承受著發(fā)動機、駕駛室、車箱及貨物等一系列垂直于框架平面的載荷，所以車架實際上是空間板架結(jié)構。因此用板殼單元對該車架進行離散, 建立有限元模型。模型中共包括37377個節(jié)點，72215個單元，以及459個剛性單元。另外，車架上的鋼板彈簧通過彈簧單元模擬。再者,對該車架進行有限元分析。對于邊界條件的處理,由于輪胎剛度很大，可忽略它對結(jié)構分析的影響，將它看成是剛性的。對于鋼板彈簧，將模擬前后板簧的彈簧元下端點分別固連在相應的剛性單元上。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)構因變形而引起的各結(jié)點位移。為消除空間運動的六個自由度，將約束剛性單元在前后輪中心線位置的節(jié)點，作為整車約束。對于載荷的處理,在滿載時作用于車身結(jié)構的載荷分別處理為：結(jié)構自重、各裝備重量、乘客重量。座位上的乘客與座椅載荷分配到相近的節(jié)點上；發(fā)動機、變速器等載荷則各自分配到相應的支承節(jié)點上。經(jīng)過邊界條件的處理和載荷的處理之后,確定了計算工況,選擇彎曲和滿載扭轉(zhuǎn)(即彎扭)兩種工況進行了處理。最后進行計算并得到了強度分析應力云圖。參考文獻1. 周中堅,：同濟大學, 19972. ：機械工業(yè)出版社，19953. 馬秋成. UG CAE ：機械工業(yè)出版社，20024. 殷小霖. 基于有限元法的車架輕量化設計:[碩士學位論文],武漢:武漢理工大學,20075. Hillier,.,and Iieberman,.,Introduction to operations pesearch,6th ed..New York,McGrawHi11,1995，21～246. 周建興. 客車車身整體骨架強度與局部應力集中分析:[碩士學位論文],武漢:武漢理工大學,20047. 閆振華。礦用自卸車車架靜態(tài)及動態(tài)應力數(shù)值模擬研究:[碩士學位論文],長春:吉林大學,20068. . . element analysis in professional practice. Comput. Methods Appl. Mech. :209～228 9. ,1994（8）:9～1210. 11. 鄧昆 楊攀. UG NX 4 中文版模具設計專家實力精講. 12. Luque P,Mantaras suspensions in Vehicle (10):309～32013. 杜平安，甘娥忠，－原理、200414. 陳波，2002,17(4):76~8115. 王勛成，:清華大學出版社，199716. 張鐵山,胡建立,2001(6): 588605