【導(dǎo)讀】車架作為非承載式車身結(jié)構(gòu)的主要承載部件，要承擔(dān)汽車的大部分載荷，其性直接關(guān)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(dòng)態(tài)載荷下的響應(yīng)情況，因此對(duì)車架進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析不僅可以評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)指標(biāo)。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)。本文運(yùn)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(yùn)用UG或相關(guān)軟件對(duì)車架進(jìn)行有限元的強(qiáng)度分析。對(duì)車架及其載荷進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化，在繪圖軟件UG中建立了車架的三維模型，利用UG的高級(jí)仿真模塊將三維模型導(dǎo)入，進(jìn)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(dòng)、疲勞和噪聲等問題奠定了基礎(chǔ)，并可對(duì)廠家的生產(chǎn)實(shí)踐具有指導(dǎo)意義。目前國(guó)內(nèi)外汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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(yàn)即為其中的機(jī)構(gòu)及總成試驗(yàn)。試驗(yàn)原理及方法應(yīng)變片工作原理:電阻應(yīng)變片簡(jiǎn)稱為電阻片或應(yīng)變片。它是一種將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化的置換元件。應(yīng)變片不僅能夠測(cè)量應(yīng)變,而且對(duì)于任何物理量,如力、轉(zhuǎn)矩、壓強(qiáng)、位移、溫度及加速度,只要能夠設(shè)法變?yōu)閼?yīng)變的相應(yīng)變化,都可以利用對(duì)應(yīng)的應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量,所以它在測(cè)試中應(yīng)用特別廣泛。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。將應(yīng)變片用黏合劑貼在試件上,試件受力產(chǎn)生變形時(shí),應(yīng)變片也同時(shí)發(fā)生變形,其電阻隨之改變,即產(chǎn)生應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)。各應(yīng)變片分別用導(dǎo)線接出,通過預(yù)調(diào)平衡箱與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀相聯(lián)。其中預(yù)調(diào)平衡箱對(duì)每片應(yīng)變片進(jìn)行預(yù)平衡處理,消除非車架變形產(chǎn)生的應(yīng)變,進(jìn)而通過靜態(tài)電阻應(yīng)變儀,讀出應(yīng)變片在車架變形作用下的應(yīng)變[27]。對(duì)該車車架進(jìn)行抗彎靜載強(qiáng)度測(cè)試，以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正有限元計(jì)算模型。1)實(shí)驗(yàn)中采用應(yīng)變片測(cè)試技術(shù)。根據(jù)測(cè)點(diǎn)受力狀況，按應(yīng)變片粘貼技術(shù)要求粘貼電阻應(yīng)變片，經(jīng)固化檢驗(yàn)（阻值變化，絕緣）后，連接導(dǎo)線及應(yīng)變儀。2)為保證測(cè)量精度，采用單片測(cè)量方法（另設(shè)補(bǔ)償片）。補(bǔ)償片貼在相同材料、相同溫度、不受力的材料上。3)根據(jù)應(yīng)變儀所讀出的測(cè)點(diǎn)實(shí)際應(yīng)變值，利用公式即可獲得測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值。其中，為材料的彈性模量。金屬膠基電阻應(yīng)變片：規(guī)格，阻值為，靈敏系數(shù)為，邢臺(tái)金力傳感元件廠生產(chǎn)接線端子：邢臺(tái)金力傳感元件廠生產(chǎn)應(yīng)變儀型號(hào)：YJD——1型（具有靈敏系數(shù)補(bǔ)償功能），上海華東電子儀表廠生產(chǎn)平衡箱型號(hào)：P20R1型，上海華東電子儀表廠生產(chǎn)(5)感應(yīng)式標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變發(fā)生儀：DBYM——1型，廣東省科學(xué)院試驗(yàn)儀器廠動(dòng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比為驗(yàn)證有限元模型的正確性，對(duì)車架進(jìn)行了靜態(tài)彎曲強(qiáng)度測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中過程中采用YJD1型應(yīng)變儀測(cè)量車架的應(yīng)變，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的各點(diǎn)應(yīng)變和材料的特性計(jì)算出相應(yīng)的應(yīng)力值。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。測(cè)點(diǎn)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(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值。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。有限元分析過程中的誤差包括模型誤差和計(jì)算誤差。模型誤差是將實(shí)際問題抽象為有限元模型時(shí)產(chǎn)生的，它包括離散誤差，單元形狀誤差、模型誤差，而計(jì)算誤差是采用數(shù)值方法對(duì)模型計(jì)算產(chǎn)生的誤差，其性質(zhì)是舍入誤差和截?cái)嗾`差。上述誤差都可以造成有限元理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)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(huì)導(dǎo)致實(shí)際結(jié)構(gòu)材料特性的不均勻性。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。建立的模型和實(shí)際車架有一點(diǎn)的差別，建模中忽略了一些小的特征；車架的實(shí)際受力與模型上的力的加載肯定存在著誤差等等因素導(dǎo)致了應(yīng)力和應(yīng)變的差別?；谏鲜隹紤]，有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間不可避免地存在有誤差。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。10%之內(nèi)。由于計(jì)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(jì)算模型對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)并為結(jié)構(gòu)的修改提供計(jì)算依據(jù)。滿載時(shí)作用于車身結(jié)構(gòu)的載荷分別處理為：結(jié)構(gòu)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(diǎn)上；發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等載荷則各自分配到相應(yīng)的支承節(jié)點(diǎn)上。計(jì)算過程中各部分載荷重量如下：(1)動(dòng)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(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。(1)彎曲工況：在滿載情況下，研究車架的抗彎強(qiáng)度。(2)彎扭工況：車架遭受較劇烈的扭轉(zhuǎn)工況、一般是當(dāng)汽車以低速通過崎嶇不平路面時(shí)發(fā)生的。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。因此，在滿載情況下，一個(gè)前〔后〕輪懸空時(shí)施加在前（后）橋上的扭矩的作用，應(yīng)認(rèn)為是最嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)工況。6．5 計(jì)算結(jié)果及分析車架在滿載、靜態(tài)狀態(tài)下，縱梁上的應(yīng)力基本上在70Mpa左右。此外，在一些支架與縱梁連接處應(yīng)力較大，分別位于以下各點(diǎn)：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(guān)圖示如下:——車身載荷分布圖靜載荷彎曲工況——車架應(yīng)力分布云圖圖靜載荷彎曲工況——車架位移分布云圖圖動(dòng)載荷車架彎曲位移分布云圖圖動(dòng)載荷車架彎曲應(yīng)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(shí)車架會(huì)承受較大的扭轉(zhuǎn)力矩。這種情況下，較大應(yīng)力的位置分別位于以下各點(diǎn)：圖靜載荷彎扭工況——位移約束 圖靜載荷彎扭工況——應(yīng)力分布圖彎扭工況——位移分布圖動(dòng)載荷彎扭工況——車架位移分布圖動(dòng)載荷彎扭工況——應(yīng)力分布結(jié)論車架作為汽車的重要組成部分,它的強(qiáng)度關(guān)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(duì)該田野汽車車架強(qiáng)度進(jìn)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(jìn)一步提高整車質(zhì)量。本論文對(duì)有限元分析方法進(jìn)行了較細(xì)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(jì)算步驟和有限元基本原理及公式。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。本論文闡明了建立有限元模型的基本原則,即保證計(jì)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(jì)算模型的幾個(gè)策略和方法。最后簡(jiǎn)單介紹了有限元法的應(yīng)用。,論文給予了詳細(xì)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(shù)的概況,介紹了車架的功用和要求,車架的類型和構(gòu)造,并重點(diǎn)闡述了車架的靜態(tài)分析,包括力學(xué)模型的選擇,車架的計(jì)算方法,等效載荷的簡(jiǎn)化。本課題首先采用應(yīng)變片測(cè)試技術(shù)對(duì)車架進(jìn)行了應(yīng)變測(cè)量實(shí)驗(yàn),得到了實(shí)際的數(shù)據(jù)。為車架強(qiáng)度的有限元分析打下了良好的基礎(chǔ)。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(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)際上是空間板架結(jié)構(gòu)。因此用板殼單元對(duì)該車架進(jìn)行離散, 建立有限元模型。模型中共包括37377個(gè)節(jié)點(diǎn)，72215個(gè)單元，以及459個(gè)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(duì)該車架進(jìn)行有限元分析。對(duì)于邊界條件的處理,由于輪胎剛度很大，可忽略它對(duì)結(jié)構(gòu)分析的影響，將它看成是剛性的。對(duì)于鋼板彈簧，將模擬前后板簧的彈簧元下端點(diǎn)分別固連在相應(yīng)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(gòu)因變形而引起的各結(jié)點(diǎn)位移。為消除空間運(yùn)動(dòng)的六個(gè)自由度，將約束剛性單元在前后輪中心線位置的節(jié)點(diǎn)，作為整車約束。對(duì)于載荷的處理,在滿載時(shí)作用于車身結(jié)構(gòu)的載荷分別處理為：結(jié)構(gòu)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(diǎn)上；發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等載荷則各自分配到相應(yīng)的支承節(jié)點(diǎn)上。經(jīng)過邊界條件的處理和載荷的處理之后,確定了計(jì)算工況,選擇彎曲和滿載扭轉(zhuǎn)(即彎扭)兩種工況進(jìn)行了處理。最后進(jìn)行計(jì)算并得到了強(qiáng)度分析應(yīng)力云圖。參考文獻(xiàn)1. 周中堅(jiān),：同濟(jì)大學(xué), 19972. ：機(jī)械工業(yè)出版社，19953. 馬秋成. 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