毕业设计（论文）-中型货车车架设计.docx

中型货车车架设计说明书摘 要本文首先根据资料，完成了各类车架及设计要求的概述。然后根据设计参数输入，利用材料力学，对车架纵梁简化为简支梁结构，进行了受力分析，确定了纵梁弯曲的弯矩图与剪力；利用弯曲变形的叠加法对货车车架的纵梁的变形进行了理论校核。校核完成后，根据确定的参数，利用三维建模软件Solidworks对车架部件进行了三维建模，最后利用软件的装配功能，建立了车架完整的三维装配。最后利用有限元分析软件ANSYS Workbench，导入三维几何模型，建立车架有限元分析结构分析模型，实现了车架在典型工况下的有限元分析，获得了车架的位移变形以及应力分布云图，确定了车架的强度安全系数及车架刚度。关键词：货车，车架，有限元分析 ，Solidworks，ANSYS Workbench全套图纸加扣 3012250582AbstractFirstly, according to the data, we have completed the outline of all kinds of frames and design requirements. Then according to the input of the design parameters and using the material mechanics, the frame longitudinal beam is simplified as the simple supported beam structure, the force analysis is carried out, the bending moment diagram and shear of the longitudinal beam are determined, and the deformation of the longitudinal beam is checked by the superposition method. After the verification is completed, three dimensional modeling of the frame components is carried out with the 3D modeling software Solidworks based on the parameters determined. Finally, the complete three-dimensional assembly of the frame is established by using the assembly function of the software. Finally, using the finite element analysis software ANSYS Workbench, the three-dimensional geometric model is introduced and the finite element analysis model of the frame is established. The finite element analysis of the frame under the typical working condition is completed. The displacement and deformation of the frame and the stress distribution cloud are obtained, and the strength safety factor and frame stiffness are determined.Key words: Truckr, Frame, FEA, Solidworks, ANSYS Workbench目录1货车车架设计概述51.1车架的设计要求51.2车架的结构形式51.3横梁、纵梁及其联接82车架的结构设计92.1车架长度及材料的选取92.2纵梁截面尺寸的确定102.3纵梁的强度计算122.4纵梁的刚度条件143.车架三维建模163.1车架建模概述163.2车架装配建模概述184.车架有限元分析概述194.1 结构静力分析的有限元基础194.2工况载荷确定204.3分析载荷计算205.车架有限元分析225.1 有限元模型建立225.2 网格划分255.2 模型边界条件285.3 有限元分析结果29结论35参考文献361货车车架设计概述我国已经成为世界第一大产销大国，随着电商以及快递业务的增长，作为公路货运主要承担者的货车仍然扮演者重要作用。我国的货车设计及开发水平已经获得了长足的进步，近几年随着CAD及CAE技术的运用，商用车的各类性能已经得到巨大提升。车架作为货车的主要承载部件，不仅起着承载货物，还是驾驶室等各类总成的载体，其设计可靠性，与整车的设计使用寿命息息相关。1.1车架的设计要求车架作为货车各类载荷承载的支承，一方面要实现支承各大总成，如驾驶室、动力总成，以及燃油箱、电瓶箱等附件；另一方面，起着承担货物的作用，货物通过货箱附加在加上；此外还要承受不平路面的冲击，以及路面、发动机的振动激励。所以，车架必须具有足够的刚度，不应承载货物产生的大弯曲变形，使车架上安装的各附件在车辆行驶过程中发生碰撞等干啥。车架还应具有足够的强度安全系数，保证车架在各类交变载荷以及激励下，车架不会过早地因疲劳而产生裂纹以及断裂等失效。根据相关资料认为，目前货车汽车等商用车的车架的最大弯曲挠度变形一般不要超10mm。此外，车架由于路面不平等原因，而使车架发生扭转变形，这对车架是十分不利的，会使车架过早的出现失效，通常认为车架的扭转变形在1/m左右是较为安全的。由于货车质量较大，在保证车架的强度、刚度的前提下，为了降低整车自重提高承载吨位以及降低油耗等原因考虑，车架的质量应该尽可能的小，尽可能进行轻量化设计，以便降低整车质量。最后，货车架设计时，为了满足专用车等市场需求，还应考虑车型系列和改装车等方面的需求。1.2车架的结构形式按照纵梁的结构特点，可以将车架分为如下几种结构类型：1）边梁式车架边梁式车架由两根纵梁以及多跟横梁连接而成。通常通过焊接或者铆钉将纵梁以及横梁连接起来形成车架主体。纵梁以及横梁通常由高强度合金合金折弯冲压而成，结构简单，强度刚度高，广泛应用于货车及大型客车等商用车。图1.1 边梁式车架2）X形车架X形车架即车架整体形状为X形，可以显著提高车架的扭转性能，因此这种车架常被一些轿车所采用。X形车架的中部为纵向对称平面上的一根空心脊梁，其前后端延伸焊以叉形梁，垂向上为X形状。前端的叉形梁用于安装发动机及变速箱等动力总成，而车架后端则用于安装后桥。图1.2 X形车架3）中梁式车架中梁式车架，有一根贯穿于车架前后的纵梁，也叫脊梁式车架贯穿前后车架的是由一根车架侧向对称中心的管形梁和及悬伸托架构成。管梁将车辆的的动力系与传动系连接为整体，传动轴从管中通过，采用这种结构车架时，车辆的驱动桥经常为断开式的的驱动桥，并伴随独立悬架使用。与其上述几种车架比较，其扭转刚度较好。奥地利的太脱拉（TATRA）卡车便以这种车架而闻名，由于车架扭转性能高，具有强悍的越野性能。图1.3 中梁式车架图1.4 太拖拉卡车的中梁式车架4）平台式车架有些车辆的车身的地板与车架形成一个平台，既是车辆车身的地板，也起到车架的作用，这样的车架称为平台式车架。车身通过螺栓安装在车架上，具有一定的刚度，并且这样的车架底部较为平坦，行驶的空气阻力较小，空气动力学性能优异，车辆的平顺性能也好。如图为一种平台式车架。图1.5 平台式车架5）综合式车架综合式车架是综合了以上中梁式车架以及边梁式而形成的一种车架。车辆的主减速器等传动部件通过与中间梁相固定，配置的驱动桥应为断开式式驱动桥，并与独立悬架相匹配。图1.6 综合式车架市场上大多数载货汽车均使用铆接边梁式车架，因为该种车架结构简单，可靠性高，工业生产效率高。此外，由于铆接车架中铆钉铆接这一结构，一定程度上可以通过车架的一部分部件的变形，释放车架部分应力，降低车架刚性，使车架不至于在剧烈冲击下突然失效。综合以上所述，本文设计为一中型货车车架，也采用边梁式车架结构。1.3横梁、纵梁及其联接货车的车架纵梁大多为高强度合金钢，通过折弯等工艺形成的各种截面的纵梁。通常以C形使用最为广泛，并且根据车架载荷分布，在车架前部以及尾部，为了轻量化设计，会将截面适当减小。如图所示：图1.7 车架尾部截面降低此外在半挂车以汽车吊车等这样的专用车上也有使用工字截面的纵梁的。本文设计采用C形截面纵梁。车架横梁主要用为将车辆两侧的纵梁连接共同受力，从而形成一个完整的车架，也为了使车架具有一定的扭转刚度，减小车架的大的位移变形，从而降低车架的应力和应变。此外，车架的某些横梁还有安装一些部件及总成的作用，如安装传动轴的中间支承，安装制动管路的各类阀体以及安装制动系统的储气筒等部件。如图为一些典型的车架横梁与纵梁的连接形式。图1.8 各种断面横梁与纵梁的联接本文设计为一货车车架，车架承载载荷较大，行驶工况复杂，受路面冲击等较为严重，宜采用铆接方式联接边梁式车架。 2车架的结构设计在进行车架设计时，首先需要根据整车的承载能力，确定车架的载荷，通过力学知识进行主要部件的初步校核，确定纵梁等承载件的尺寸，然后根据部件间的结构连接关系，确定其他部件的设计。车架设计输入如下：整车质量：7.5吨额定载重：4000Kg；整车长度：5810mm;轴距：3390mm发动机功率：125Kw发动机最大扭矩：600Nm变速箱一挡速比：14.014车桥速比：4.875最高车速：95Km/h轮胎型号： 8.25R162.1车架长度及材料的选取车架的总长基本接近整车的长度，后悬及前悬不宜太长，否则将影响车辆的接近角以及离去角，降低车辆的通过性。根据设计输入，车辆轴距L=3390mm，确定车架长度为5600mm.在纵向梁的全长范围内，车架前部为驾驶室等结构，载荷偏小，纵梁截面适当减小；车架后部为货箱等载荷，载荷较大，纵梁截面应相应提高。初步选定车架纵、横梁均由8mm厚的510L钢板冲压而成，C形断面，纵梁的上、下翼面尺寸应当在纵梁腹板高度的35%40%。根据汽车行业标准GB/T3273-2005汽车大梁用热轧钢板和钢带，510 L牌号刚才，为材料的抗拉极限以及汽车大梁的“梁”首字母“L”组成，是一种汽车大梁用钢。主要性能参数如下：表2.1 车架材料参数牌号规格（mm）抗拉极限/MPa屈服极限/MPa延伸率/%16MnL2.57.0355510610247.012.0345510L12.03555106302412.0相比510L，16MnL性能略低于510L，包括抗拉和屈服强度，延伸率相同。2.2纵梁截面尺寸的确定货车的车架纵梁为主要的承载部件，纵梁的上翼面和下翼面在车架在的弯曲变形下，分别受到压缩和拉伸应力，在交变载荷下会产生疲劳裂纹，进而产生车架开裂。对于C形截面的车架纵梁，可以按照力学上的薄板理论进行理论校核校核。在选定模板厚度为t的情况下，纵梁翼缘的最大宽度应为cr=0.4E1-2（tb）2E为材料弹性模量，取E=2.1105MPa；为泊松比，取=0.3；t为材料厚度，取t=8mm；纵梁翼缘最大宽度为：bt0.4E（1-2）；取=355MPa；有：b16t初选，纵梁宽度b=80mm。对整车一侧纵梁进行受力分析，根据静力平衡，受力分析如下图所示：图2.1 车架受力分析根据设计参数，车架前部载荷q1=3043N/m，q2=4667N/m；L1=820mm，L2=790mm，L3=2450，L4=1750mm。根据静力平衡求出支反力FRB、FRD。FRB=6608N；FRD=17892N.确定各段剪力方程：AB段：Fsx=-q1x；0xL1BC段：Fsx=FRB-q1x；L1xL2CD段：Fsx=FRB-q1L1+L2-q2（x-L1-L2）；L2xL3DE段：Fsx=FRB+FRD-q1L1+L2-q2（x-L1-L2）；L3xL4确定各段弯矩方程：AB段：Mx=-12q1x2；0xL1BC段：Mx=FRB（x-L1）-12q1x2；L1xL2CD段：Mx=FRBx-L1-q1(L1+L2)(x-L1+L22)-12q2（x-L1-L2)2；L2xL3DE段：Mx=FRBx-L1-q1L1+L2x-L1+L22-q22x-L1-L22+FRD(x-L1-L2-L3)； L3xL4根据剪力方程与弯矩方程，确定车架纵梁剪力图与弯矩图如图所示：图2.2 车架纵梁剪力图图2.4车架纵梁弯矩图当车架纵梁上的剪力超过材料的许用应力时，车架纵梁的腹板也会出现局部失效，因此要求纵梁截面高度：h2Et315QmaxEt31.5Qmaxh210005121.52.59276=3048mm；初选车纵梁架前部为H=180mm，B=80mm的C形截面，纵梁后部为H=220mm，B=80mm的C形截面，如下图所示：图2.5纵梁初选截面2.3纵梁的强度计算 在货车车架设计初期，需要对车架纵梁进行力学上的校核，对纵梁的截面尺寸进行初步的确定，在纵梁受力分析时认为：1）将纵梁看作为支承在前后轴上的简支梁；2）货车载荷均匀分布在两侧纵梁；3）载荷全部作用力均通过截面的弯心。根据初选的纵梁截面，计算抗弯截面系数：图2.6 纵梁截面抗弯截面系数计算C形截面纵梁抗弯截面系数：W=th6（h+6b）纵梁前段应力：F=MFmaxWFMFmax=KdM=2.51023=2557.5Nm；WF=144.210-6m3；Kd动载系数，对于货车一般取2.5.F=2557.5144.210-6=17.76MPa；同理，纵梁后段应力：R=21413188.8210-6=113.4MPa；对于车架材料510L来说，屈服极限为355MPa，因此初选的纵梁满足强度要求。2.4纵梁的刚度条件上述通过简化计算对车架的纵梁强度进行了校核，为了确保纵梁的弯曲刚度，对车架纵梁刚度也要进行校核。计算车架刚度时，需要将车架上载荷等效为Fq1、Fq2两个集中载荷，受力分析如下图所示：图2.7 纵梁变形图计算纵梁变形时，采用叠加法计算：Fq1的挠曲线方程为：wq11=-Fx26EI3L2-x；（0xL1）wq12=-Fa26EI3x-a；（L1xL2）Fq2的挠曲线方程为：wq21=-Fbx6EIL3+L42-x2-L42；（L1+L2xL3+L4）wq22=-Fbx6EIL3+L4L3+L4L4x-L33-(L3+L4)2-L42-x3；（L1+L2+L3x Fq1，且Fq1与前支座距离非常小，Fq2主要作用于简支梁中部，则最大变形发生在简支梁中部，主要由Fq2造成。根据车架几何参数及等效后的载荷参数，L3=2065mm，L4=1225mm，Fq2=11434N；根据材料力学：x=(L3+L4)2-L423 时，车架纵梁变形最大。即x=2323mm时，变形最大。此时纵梁最大变形为：wmax=FL4L3+L42-L423293EI(L3+L4)I为惯性矩，对于C形截面纵梁，有：I=BH3-bh312；车架纵梁后部截面B=80mm，H=220mm；b=74mm，h=104mm。带入参数计算得：wmax=0.7mm，车架纵梁刚度满足要求。根据刘惟信汽车设计中要求，货箱的车架最大弯曲挠度通常小于10mm，因此所设计车架是满足满足刚度要求。3.车架三维建模SolidWorks软件是一个基于特征、参数化、实体建模的三维设计软件目前广泛应用于机械、汽车等研发设计领域。该软件采用图形用户界面，简单易学，建模操作极具人性化。SolidWorks是达索公司的一款三维设计软件，另一著名的CATIA软件属于同一公司，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。3.1车架建模概述利用Solidwork草图命令建立车架纵梁、横梁等截面，利用拉伸、切除等特征命令，建立纵梁与横梁等部件三维模型。如图所示：图3.1 Solidwork草图命令确定纵梁截面利用拉伸等特征命令建立车架纵梁三维零件实体。然后利用拉伸切除等命令，建立车架纵梁上的连接铆钉孔及安装螺栓孔。图3.2 纵梁三维模型同理，建立横梁及连接角钢三维模型，如图所示：图3.3 车架横梁三维模型图3.4 车架连接角钢三维模型3.2车架装配建模概述零件三维建模完成后，利用Solidwork的装配体功能，导入零件后，通过同心、贴合等约束命令，将横梁、连接角钢等部件，通过铆钉及螺栓、螺母等部件装配到车架纵梁上，建立完整车架装配体模型。如下图所示：图3.5 车架装配三维模型4.车架有限元分析概述4.1 结构静力分析的有限元基础静力分析是指对结构进行除惯性力以及阻尼作用的以外的有限元分析，对载荷引起的结构部件上的位移以及应力等进行计算。静力分析的载荷是一种特定工况载荷的选取，即认为载荷基本不随时间或变化缓慢。通常静力分析求解所需的载荷为力、位移以及加速度等。通过车架结构有限元静力分析，确定车架部件在各典型工况下部件的变形以及应力情况，确定车架设计的安全系数及使用可靠性。最后根据分析结果，针对变形较大或者应力较大位置进行结构，消除结构危险点，进而提高车架可靠性。还可以利用拓扑优化等技术，对车架进行轻量化设计，降低车架重量，进而降低整车自重，实现承载能力以及油耗经济性的提高。通常有限元分析过程分为以下三个内容：（1）前处理过程，包括几何模型建立及简化，网格划分，定义材料参数属性已经建立部件之间的连接与接触等内容。目前Hypermsh是一款业内公认的前处理优异的软件。（2）求解计算过程，包括选择合适的求解器，对于求解器进行合理设置。对于ANSYS Workbench软件有时在求解大位移分析时需要将求解器的大位移选项开启。（3）后处理过程，通过分析结果，根据位移、应力等结果参数，确定合适的评价标准及准则，对分析结果进行分析评价。有限元分析计算程序中，静力分析基本方程为：K=F式中：K为刚度矩阵； 为位移矩阵； F为载荷矩阵。通过上述方程可以求解处未知位移，通过单元位移与应力的关系即可求解单元应力。在求解得到分析结果以后，需要选择合适的评价准则对分析结果进行评价。根据材料力学的四种强度理论，车架材料一般为合金钢材料，左右纵梁主要为在货箱载荷下的弯曲变形，应采用材料力学上的第四强度理论进行校核，选择Von Mises（米塞斯应力）等效应力来判断车架结构的强度。计算原理如下：r=121-22+2-32+3-121,2, 3为某点3个主应力值。强度条件为：r为材料的许用应力。4.2工况载荷确定车架在车辆运行过程中，承受路面以及发动机的各种交变载荷，受力是十分复杂的。在进行车架的静力有限元计算时，一般选择车辆运行的几个典型工况进行分析，根据相关资料，主要有以下几个工况：（1）车辆满载工况，指车辆满载静止或者平整路面上匀速行驶工况。此工况下，车架主要上其所支承的驾驶室、动力总成以及货箱物料等的重力。（2）车辆动载工况分析，当车轮收到来自路面冲击时，会通过悬架系统传递给车架，此时车辆会产生沿竖直方向上的较大加速度，使车辆承受动载荷。（3）车辆最大牵引力工况，指车辆启动或者加急加速下的行驶工况。此时，车架除了所附加及承载的各部件重力外，在车辆驱动力的作用下，还会受到一沿车辆行驶方向的加速度。（4）车辆最大牵引力工况，即车辆在紧急制动工况。受力与上述类似，但是所受加速度为由于车辆制动引起的与行驶方向相反的加速度。（5）最大侧向力工况，即车辆由于转向收到一较大侧向力的工况。此时，车架除了所附加及承载的各部件重力外，还会受到由侧向力引起的侧向加速度。（6）扭转工况，当车辆在崎岖、起伏路面行驶时，由于车轮的陷落或抬起，造成车架发生扭转变形，此时车架受力较为恶劣。车辆在行驶过程中，车架载荷主要来源于簧上质量，载荷来源有以下几个方面：（1）动力总成，包含发动机及变速箱等的质量（2）驾驶室的质量，包含驾驶室及乘员等的质量（3）货箱及承载物料的质量（4）燃油箱及蓄电池等附件的质量通常燃油箱及蓄电池等附件由于质量较小，分析时可以忽略。4.3分析载荷计算（1）满载载荷计算，根据整车参数：动力总成质量me=800kg驾驶室及乘员质量：mc=600kg额定载重质量：m2=4000kg满载工况下，车架的主要外力来源于以上部件及货物的重力，此外还承受车架自身的重力。（2）动载工况计算车辆在行驶过程中，而动载荷主要是通过车辆动载系数进行评价。动载系数取决于3个因素：路面状况、行驶状况（车速等）以及车辆结构参数（如悬架以及轮胎刚度等）。动载系数如下：n=1+K1+K2GC11+C2V2K1为前轮悬架的刚度, K1 =180 N /mm；K2为后轮悬架的刚度, K2 =207 N /mm；G为车辆自重, G =73500 N；C1为道路常数, 对载货汽车，C1=100mm；C2为经验系数, C2 =1000（km/h）2；V为车速, V =80 km /h；带入参数，计算动载系数为n =1. 63。（3）最大牵引力下加速度计算车辆在最大牵引力工况下，驱动轮受到的地面对其切向反力，并通过悬架及推力杆等部件，作用于车架，使车架受到切向加速度。此时最大切向力计算如下：Fx=TemaxiTLTrrTemax为发动机最大转矩，Temax=600Nm；iTL为车辆传动系统最大速比，为变速箱1挡速比与车桥主减乘积，即iTL=14.0144.875=68.31；T为传动系效率，取T=0.85；rr为车轮滚动半径，rr=0.385m。发动机最大转矩并且车辆1挡起步或者加速时，地面对驱动轮产生最大切向反力FX为：FX=60068.310.850.385=90489N最大牵引力下，车辆加速度为：ax=FXG=904897500=12.07m/s2（4）最大制动力下加速度计算根据汽车理论，车辆最大制动力，取决于制动器制动力以及地面制动力，制动力的大小取决于二者之中较小值。货车由于质量较大，制动时会出现车轮抱死现象，因此选取车轮制动抱死滑拖时的制动力作为最大制动力分析工况输入，此时车轮最大制动力为：Fb=G为车轮附着系数，通常取=0.8；Fb=735000.8=58800N最大制动力下，车辆加速度为：ab=FbG=588007500=7.84m/s2（5）最大侧向力下加速度计算根据汽车理论，车辆由于转向或者路面不平，车辆会受到侧向力。当所受侧向力超过车辆轮胎所能提供的最大侧向力时，车辆则会产生侧滑。车辆发生侧滑的条件为：车辆驱动桥侧滑的条件是，P2FY（5.8）P2为驱动桥受到的侧向力；FY轮胎所能提供的最大侧向力为；根据汽车理论：FY=G为轮胎侧向附着系数，通常取1.0FY=735001.0=73500N最大侧向力工况下，车辆侧向加速度为：aY=FbG=735007500=9.8m/s2（6）扭转工况载荷计算扭转工况所受的载荷于满载时基本一致，只是由于车架由于车轮陷落，而是车架发生扭曲变形，车架受力增大。5.车架有限元分析5.1 有限元模型建立Workbench是ANSYS公司的新一代协同仿真环境，具有客户化、集成化和参数化的特点。除了具备ANSYS具备的分析功能外，与各大CAD软件实现了很好地衔接。并且支持嵌入CAD软件，实现同步处理通过Solidworks建立的三维模型，通过IGES文件，导入到ANSYS Workbench软件，在文件导入到Workbench后，在DesignModeler平台上生成车架三维几何实体。减少了不必要的重复建模，使有限元分析与CAD软件实现了无缝衔接。图4.1 DesignModeler平台上生成几何实体在生产几何体后，对于铆钉、螺栓等这样的连接部件，如果考虑这些部件，一是需要施加摩擦、接触及预紧力等非线性内容，再就是螺栓、铆钉等数量众多，在分析时需要大量的计算机资源进行非线性计算，这对目前的计算机来说，这样的分析是满足不了计算的。图4.2 车架几何上的螺栓及铆钉在进行车架强度及刚度的有限元分析时，我们主要关注纵梁及横梁等部件上的应力，不需要关注这些细节部位，如果关注这些部位，可以进行局部部件的非线性计算。因此，需要对螺栓、铆钉等部件进行压缩处理，处理以后的几何模型如图所示：图4.3 处理螺栓及铆钉后的几何此外，需要对一些小的小的圆角等几何特征，便于网格划分。图4.3 Mechanical生成分析模型几何处理完成后进入Mechanical，生成分析模型，以便后续进行网格划分，以及加载求解分析等内容，如图所示。图4.4 部件之间建立约束在生成模型后，Workbench会自动识别一些几何间的接触关系，但是这些接触是不能满足分析需要的，需要重新设置。对于车架线性分析来说，车架纵梁、连接角钢及横梁之间建立“Bonded”（绑定）约束，是车架各部件之间能够正确传递作用力。5.2 网格划分利用Workbnech进行结构分析时，首先要明确分析网格划分策略。在进行静力学分析网格划分时，力求用最小输入的有效方法解决关键的特征，尽量减少分析模型规模，降低分析模型的计算量，主要策略如下：1）定义或接受少数全局网格尺寸设置缺省值2）用 Relevance 和 Relevance Center进行全局网格调整3）如有需要, 可对体、面、 边、影响球定义尺寸，对网格生成的尺寸设置施加更多的控制。Workbnech进行结构分析时，提供的3D单元类型如下：图5.1 Workbnech 3D单元类型Ansys Worbench进行结构呢强度分析时，提供的网格划分控制方法如下：1）Relevance Center（关联中心缺省值）：Coarse（粗糙）、Medium（中等）、Fine（细化）控制单元，从Coarse设置到Fine后，模型单元和节点数量增加，达到细化网格的目的。此外通过拖动Relevance（关联性）滑块也可以调整网格密度：图5.2 Relevance作用2）Smoothinging（平滑度）：Midium（中等）3）Transision（过渡）：Fast（快）4）Element Midside Nodes（实体单元默认中节点）：Program Controlled（程序控制）也可以使用高级网格划分方式进行网格划分，通过Using Advanced Sized Function进行打开设置及关闭。1）Proximity（接近）及Curvature（曲率），可以选择关闭，打开任意一个及同时打开。2）选择任意Proximity及Curvature时，面板增加网格控制：（1）Curvature Nomal Angle（曲率法向角度设置）（2）Proximity Accurancy（接近精度设置）（3）Num Cells Across Gap（穿过裂缝网格设置）（4）Min Size（最小尺寸设置）（5）Proximity Min Size（接近最小尺寸设置）（6）Max Face Size（最大面尺寸设置）（7）Mx Size（最大尺寸设置）（8）Growth Rate（增长率设置）3）Element Size（单元尺寸）：通过输入网格尺寸大小控制几何尺寸网格的粗细程度4）Initial Size Seed（初始化尺寸种子）：可以选择Active Assmbly（激活装配体），设置后初始种子放入未抑制部件，网格可改变；选择Full Assmbly（全部装配体），设置后初始种子放入所有部件，抑制部件网格不变；选择Part（零件），设置后初始种子放入特殊部件，抑制部件网格不变。5）Span Angle Center（跨度中心角）：设定基于边的细化曲度目标，网格在弯曲区域细分，直到单元跨过这个角。选择Coarse（粗糙），角度在-9060度；Medium（中等），角度在-7524度；Fine（细化），角度在-3612度。图5.3 Span Angle Center作用车架选择网格自动划分，网格划分控制如图所示：图5.4 网格划分控制网格划分完成后，车架网格如图所示：图5.5 车架网格划分网格划分以后，可以单击模型树种“Mesh”，在“Details of mesh”中查看Statistics（单元统计）及Mesh Metric（单元质量）。图5.6 车架网格质量如图为网格划分完成后，网格质量检查。模型单元数为109984，模型单元数为221054。网格质量可以满足要求。5.3模型边界条件在进行分析时，对车架板簧座处进行约束，约束位置及约束如下表：表5-2车架约束表位置约束前板簧前支座左侧约束XYZ轴平动，右侧约束XY轴平动前板簧后支座左侧约束YZ轴平动，右侧约束Y轴平动后板簧前支座左侧约束YZ轴平动，右侧约束Y轴平动后板簧后支座左侧约束YZ轴平动，右侧约束Y轴平动图5.7 车架约束坐标系及约束位置如图所示。图5.8 车架载荷定义如图所示为车架载荷设置，如图ABC三个质量点分别物料载荷、驾驶室等效质量以及动力总成质量。5.4 有限元分析结果对模型加载后求解，求解结果如下。1）满载工况分析结果进过对模型约束加载，进行求解以后，满载工况分析结果如下：图5.9 车架满载位移如图为满载工况车架位移结果，车架最大位移发生在纵梁中部，整个车架变形主要为车架纵梁的弯曲变形，最大位移为1.3mm。根据刘惟信汽车设计中要求，货箱的车架最大弯曲挠度通常小于10mm，因此所设计车架是满足满足刚度要求。图5.10 车架满载应力上图为车架满载工况应力云图，车架最大应力为149MPa，发生在车架前板簧后支座螺栓孔处，主要由于螺栓孔处的应力集中。车架纵梁上翼面应力为33MPa。根据车架材料许用应力为355MPa，此时安全系数为2.31.2）动载工况分析结果根据计算的动载系数，对重力加速度乘以动载系数后，求解后结果如下：图5.11 车架动载工况位移如图为车架动载工况车架位移变形，最大位移发生在车架中部，最大位移为2.2mm，小于最大弯曲挠度10mm的刚度要求，因此设计的车架满足刚度要求。图5.12 车架动载工况应力如图为车架动载工况下应力云图，最大应力发生在前板簧后支座螺栓孔处应力，最大应力242MPa，安全系数1.47.纵梁翼面应力为54MPa，属于车架比较恶劣的工况。3)最大牵引力工况分析结果下图为最大牵引力工况分析结果。图5.13 车架最大牵引力工况位移如图为车架最大牵引力工况下的车架位移分析结果，车架最大位移0.9mm，最大位移发生在车架纵梁中部，主要为垂向的弯曲。大幅小于最大弯曲挠度10mm的刚度要求，因此设计的车架是满足刚度要求的。图5.14 车架最大牵引力工况应力如图为车架最大牵引力工况下的车架分析结果，车架最大应力为176MPa，根据车架材料的许用应力，安全系数为2.02，前板簧后支座处车架应力为108MPa，满足强度要求。4）最大制动力工况分析结果下图为最大制动力工况分析结果。图5.15 车架最大制动力工况位移如图为车架在车辆最大制动力工况下分析结果，车架最大位移为1.7mm，发生在车架纵梁中后部，低于最大弯曲挠度10mm的车架刚度要求，车架满足刚度要求。图5.16 车架最大制动力工况应力如图为车架