【正文】 參考文獻(xiàn)1. 周中堅,：同濟(jì)大學(xué), 19972. ：機(jī)械工業(yè)出版社，19953. 馬秋成. UG CAE ：機(jī)械工業(yè)出版社，20024. 殷小霖. 基于有限元法的車架輕量化設(shè)計:[碩士學(xué)位論文],武漢:武漢理工大學(xué),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(yīng)力集中分析:[碩士學(xué)位論文],武漢:武漢理工大學(xué),20047. 閆振華。對于載荷的處理,在滿載時作用于車身結(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。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(gòu)分析的影響，將它看成是剛性的。因此用板殼單元對該車架進(jìn)行離散, 建立有限元模型。本課題首先采用應(yīng)變片測試技術(shù)對車架進(jìn)行了應(yīng)變測量實驗,得到了實際的數(shù)據(jù)。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。本論文對有限元分析方法進(jìn)行了較細(xì)致的闡述。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(yīng)力基本上在70Mpa左右。(1)彎曲工況：在滿載情況下，研究車架的抗彎強度。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(gòu)的設(shè)計進(jìn)行評價并為結(jié)構(gòu)的修改提供計算依據(jù)。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(dǎo)致了應(yīng)力和應(yīng)變的差別。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。測點布于車架縱梁的上方。其中，為材料的彈性模量。根據(jù)測點受力狀況，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（阻值變化，絕緣）后，連接導(dǎo)線及應(yīng)變儀。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)。它是一種將應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻變化的置換元件。2)機(jī)構(gòu)及總成試驗 這類試驗主要考核機(jī)構(gòu)及總成的工作性能和耐久性,如發(fā)動機(jī)功率、變速器效率、懸掛裝置的特性以及他們的結(jié)構(gòu)強度疲勞壽命和耐久性等。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。模型中共包括37377個節(jié)點，72215個單元。有限元板殼元模型就是將車架離散為一系列板單元，各單元只在節(jié)點處相聯(lián)，節(jié)點選在各單元的角點處，相鄰單元之間通過節(jié)點可以傳遞力和力矩。隨著有限元的發(fā)展和推廣，國內(nèi)汽車行業(yè)已將有限元法應(yīng)用于車架的強度計算，但貨箱與車架相連的部分，應(yīng)力的計算值與貨箱和車架之間等效載荷和相互剛度關(guān)系簡化模型有關(guān)，直接影響計算結(jié)果。完全法用板殼單元來離散整個車架，可用于縱梁并不均勻平直的剛架，缺點是用的單元和自由度數(shù)目龐大。其聯(lián)結(jié)接頭幾何形狀各異，應(yīng)力分布復(fù)雜。在實際工程運用中，由于車架是由一系列薄壁件組成的結(jié)構(gòu)，且形狀復(fù)雜，宜離散為許多板殼單元的組集，其缺點是前處理工作量大，計算時間長，然而隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，這個問題已得到了較好的解決，而且由于有大型有限元軟件支撐，巨大的前處理工作量絕大部分可由計算機(jī)完成，也不是制約板殼元模型實際運用的因難了。梁單元模型是將車架結(jié)構(gòu)簡化為由一組兩節(jié)點的梁單元組成的框架結(jié)構(gòu)．以梁單元的截面特性來反映車架的實際結(jié)構(gòu)特性。然而，由于有限元是一種數(shù)值分析方法，計算結(jié)果是近似解，其精度主要取決于離散化誤差。彎邊后還要進(jìn)行鈑金裁減，比較復(fù)雜。先做出引導(dǎo)線，即圓柱形橫梁的中心線，在用軟管功能生成圓柱體橫梁，再與縱梁托架布爾運算加和，形成一體。退出草圖，使用建模的拉伸功能，拉出實體模型。畫出截面形狀，再進(jìn)行掃掠，這樣車架前端縱梁的繪制，最后將內(nèi)外槽鋼布爾運算加和，形成一體。10．設(shè)計優(yōu)化分析11．復(fù)合材料分析12．P單元及H、H—P自適應(yīng)13．，其稀疏矩陣算法速度快而且占有磁盤空間少，內(nèi)節(jié)點自動排序以減小半帶寬，再啟動能利用以前計算的結(jié)果。應(yīng)用超單元工程師僅需對那些所關(guān)心的受影響大的超單元部分進(jìn)行重新計算，從而使分析過程更經(jīng)濟(jì)、更高效，避免了總體模型的修改和對整個結(jié)構(gòu)的重新計算?！恬詈戏治鰡栴}，包括：流—固耦合法、水彈性流體單元法、虛質(zhì)量法。6．空氣動力彈性及顫振分析氣動彈性問題是應(yīng)用力學(xué)的分支，涉及氣動、慣性及結(jié)構(gòu)力間的相互作用。5．熱傳導(dǎo)分析熱傳導(dǎo)分析通常用來校驗零件在熱邊界條件或熱環(huán)境下的產(chǎn)品特性，并直觀地看到結(jié)構(gòu)內(nèi)潛熱、熱點位置及分布。薄殼結(jié)構(gòu)或橡膠一類超彈性體零件在小變形時受到小阻力，當(dāng)變形增加時阻力也會隨之增大，所有這些如果用線性分析就不能得到有效的結(jié)果。由于材料的非線性，在結(jié)構(gòu)中可能會產(chǎn)生大的位移、大轉(zhuǎn)動，或多個零件在載荷作用下時而接觸時而分離。結(jié)構(gòu)動力分析不同于靜力分析，常用來確定時變載荷對整個結(jié)構(gòu)或部件的影響，同時還可以考慮阻尼及慣性效應(yīng)的作用。線彈性屈曲分析又稱特征值屈曲分析；線性屈曲分析可以考慮固定的預(yù)載荷，也可以用慣性釋放；非線性屈曲分析包括幾何非線性失穩(wěn)分析，彈塑性失穩(wěn)分析，非線性后屈曲（Snapthrough）分析。包括：均質(zhì)各向同性材料，下交各向異性材料，各向異性材料，隨溫度變化的材料，方便的載荷與工況組合單元上的點、線和面載荷、熱載荷、強迫位移、各種載荷的加權(quán)組合，可把載荷直接施加于幾何體上。用戶引進(jìn)時可根據(jù)自身的經(jīng)費狀況和功能需要靈活的選擇不同的模塊和不同的解題規(guī)模，以最小的經(jīng)濟(jì)投入取得最大效益。o NX 流解算器是一種計算流體動力學(xué)（CFD）解算器。例如，分析員可以使用這些工具提高其網(wǎng)格的整體質(zhì)量，方法是消除有問題的幾何體（例如微小的邊）。本軟件旨在使用經(jīng)濟(jì)的單元計數(shù)來產(chǎn)生高質(zhì)量網(wǎng)格。高級仿真提供設(shè)計仿真中可用的所有功能，還支持高級分析流程的眾多其它功能。高級仿真提供對許多業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)解算器的無縫、透明支持，這樣的解算器包括 NX Nastran、MSC Nastran、ANSYS 和 ABAQUS。 1．自由形狀構(gòu)造功能強大的構(gòu)造方法組∶直紋，掃描，過曲線，網(wǎng)格曲面，點，偏置曲面；自由形狀可以定義以光順通過多于外形；定義外形尖形拐角并可以包含不同數(shù)量的曲線, 外形可以由線框, 實體邊緣, 或也可以是草圖, 結(jié)果是參數(shù)化的自由形狀；二次錐曲面與圓角；固定與可變半徑圓角曲面。u 自由形狀建模 UG/Freeform Modeling用于設(shè)計高級的自由形狀外形，或直接在實體上，或作為一獨立的片體，除了它們不必閉合空間體積外，類似于實體。特征被參數(shù)化定義為基于尺寸和位置的尺寸驅(qū)動編輯， 主要特征：1．面向工程的成形特征鍵槽，孔，凸墊，凸臺、腔捕捉設(shè)計意圖和增加生產(chǎn)率； 2．特征引用陣列矩形和圓形陣列在陣列中，個別的和所有特征是與主特征相關(guān)的。u 實體操作1．利用實體體素∶塊，圓柱，圓錐，球；2．布爾操作∶求和，求差，求交； 3．顯示的面編輯命令∶移動，旋轉(zhuǎn)，刪除，偏置，代替幾何體； 4．從拉伸和旋轉(zhuǎn)草圖外形生成實體； 5．為高級的相關(guān)定位的基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)軸?？梢韵嘈?，三維CAD系統(tǒng)必將逐步取代二維CAD系統(tǒng)而成為計算機(jī)輔助設(shè)計與分析的工具，掌握這一主流工具將迅速成為對工程設(shè)計人員的基本要求之一。UGS公司的產(chǎn)品同時還遍布通用機(jī)械、醫(yī)療器械、電子、高技術(shù)以及日用消費品等行業(yè)，如3M, WillPemco, Biomes. Zirnmer、飛利浦公司、吉列公司、Timex, Eureka和Arctic Cat}等。3 建模和有限元軟件的選擇在本文的研究中，使用的是目前國際上最為通用的商用繪圖軟件Unigraphics Solutions(簡稱UGS)繪圖軟件和UGS的內(nèi)部高級仿真模塊NX. Nastran.3．1 UG的CAD功能簡介本課題應(yīng)用的是Unigraphics Solutions(簡稱UGS)繪圖軟件和 The Corporation(簡稱 MSC)有限元分析軟件。許多商用有限元軟件不僅提供了與主流CAD系統(tǒng)的接口，自己本身也又很好的實體建模性能，有限元軟件都提供了一種以上的網(wǎng)格劃分方法，以供使用者根據(jù)計算要求進(jìn)行選擇。前處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機(jī)法。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時不僅精度低，而且有缺秩的危險，將導(dǎo)致無法求解。第三步:確定狀態(tài)變量及控制方法一個具體的物理問題通?？梢杂靡唤M包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價的泛函形式。對于不同物理性質(zhì)和數(shù)學(xué)模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推導(dǎo)和運算求解不同。有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續(xù)域的離散單元。2．1 有限元法分析過程有限元分析(FEA, Finite Element Analysis)的基本概念是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。人們知道，直接從一個微分方程推導(dǎo)出它的泛函，常常是很復(fù)雜的，有時甚至是不可能的，所以在求泛函時常借助于所研究問題的物理特性。可以認(rèn)為有限元計算是利用計算機(jī)對機(jī)械產(chǎn)品動、靜、熱特性進(jìn)行了模擬試驗。2 有限元的基本理論有限元方法是結(jié)構(gòu)分析的一種數(shù)值計算方法，它在 50 年代初期隨著計算機(jī)的發(fā)展應(yīng)運而生，并得到廣泛應(yīng)用。本課題就是有限元分析方法在汽車車架改進(jìn)設(shè)計方面的具體應(yīng)用，主要目的就是掌握UG繪圖軟件的使用，并對該車車架進(jìn)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。車架剛度不足會引起振動和噪聲，也使汽車的乘座舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。河北工學(xué)院的馮國勝曾經(jīng)在有限元分析的基礎(chǔ)上，采用復(fù)合形法和懲罰函數(shù)法對汽車車架結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了實例優(yōu)化計算,優(yōu)化的設(shè)計變量也只涉及到了截面的參數(shù)，并未考慮到同樣比較重要的布置參數(shù)。汽車車架是汽車結(jié)構(gòu)件中結(jié)構(gòu)與載荷都很復(fù)雜的重要部件，也是人們首先開展結(jié)構(gòu)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究的對象。早期的車架有限元模型多把車架簡化為簡支梁，但對于一些低合金鋼板沖