某越野车车架结构设计.doc

目录摘要1Abstract21 绪论31.1 课题背景31.2 课题的目的和意义31.3 国内外发展现状41.4 车架的功用和要求42 基于UG的车架实体建模52.1 UG软件简介52.2典型的车架分类与特点72.2.1 框式车架72.2.2 脊梁式车架92.2.3 综合式车架92.3 总体结构方案的确定102.4 车架纵梁的形式102.5 车架横梁的形式122.6 纵、横梁的连接142.7车架实体UG模型及其材料的确定163 车架的强度分析173.1 车架的受载分析173.2 中间纵梁的有限元分析183.2.1有限元分析软件ANSYS183.2.2 中间纵梁的模型创建213.2.3 定义材料属性223.2.4 中间纵梁的网格划分223.2.5 车架中间纵梁的约束施加和载荷施加233.2.6 车架中间纵梁的受力变形分析243.2.7 车架中间纵梁的应力分析254 结束语265 谢辞276 参考文献27某越野车车架结构设计摘要：车架是汽车上重要的承载部件，车辆所受到得各种载荷最终都传递给车架，因此，车架结构性能的好坏直接关系到整车设计的成败。特别是对经常需要行驶在恶劣路面的越野车，对车架要求更高，在进行车架设计时考虑车架结构的优化，对提高整车的各种性能，降低设计与制造成本，增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。本文介绍了一种越野车车架结构的设计方案。文章阐述了车架的功用和分类等基本知识，并介绍了完成本设计所需要的UG、ANSYS等软件。本设计采用边梁式车架设计方案，文章描述了车架纵梁、横梁的设计形式；横梁的形式及布置方案；纵梁与横梁的固定及联接；对车架进行受载分析；并对车架中间纵梁进行了有限元分析。关键词：车架 结构设计 有限元Abstract: The frame is an important loadbearing part of the automotive, different types of load which are forced on the automotive /(that the automotive subject ) are finally transmitted to the frame. Thus, the property of the structure of the frame is the key to the design of entire car. Especially the full-wheel-driven car which usually works in bad condition has a high desire of the frame. We should take the optimization of the structure of the frame into consideration when we perform the design of the frame for it has an great influence on improving the property of the entire car, reducing the cost of the design and manufacturing and enhancing the competition of the market. This paper introduces a new design of the structure of full-wheel-driven frame. It discusses some basic knowledge, such as the function and classification. It also introduces the softwares which are needed in this design, for example ,UG and ANSYS. This design adopts ladder type frame, and describes the form of the design of the transverse and longitudinal beam of the frame; the form and layout of the transverse beam; the fixation and connection of the transverse and longitudinal beam; the analysis of the load of the frame; the analysis of middle longitudinal beam with the ANSYS.Keywords: Automotive frame; Design of structure; Finite Element Analysis1 绪论1.1 课题背景中国汽车工业规模在迅速增长，目前我国的汽车年产量已跃居世界第三位，仅次于美国、日本。近几年来，我国越野车行业飞速发展，市场规模急剧扩大。在低端市场，涌现了如长城和双环等一批知名民营汽车企业；在中端市场，主流越野车企业通过引进国外技术，形成了北京吉普切诺基、长丰猎豹、郑州日产帕拉丁、华泰汽车特拉卡等知名企业和品牌。通过消化吸收引进技术，我国越野车厂家已掌握了一些关键技术，初步建立了稳定、成熟的越野车零部件配套体系。汽车作为交通运输工具之一，在人们的日常生活中发挥着非常重要的作用。随着国民经济的快速发展，汽车工业也得到了飞速发展，在现代化发展的今天，生产出结构轻、性能好、质量高、用途广、安全可靠的汽车，成为了厂家和客户共同关注的焦点。汽车作为工程领域的一个分支，面临很多问题和困难，包括复杂的几何形状、复杂的载荷作用以及复杂的支承约束等。在实际汽车结构设计中，安全性是首要的，在保证安全的前提下，又要使车架的结构合理，便于加工和装配，同时也要减少材料的量。这需要对车架的强度进行分析，通过强度分析，有针对地对一些主要构件进行结构优化设计。1.2 课题的目的和意义作为汽车总成的一部分，车架承受着来自道路及各种复杂载荷的作用，特别是对越野车，经常行驶在较差的路面或者无路的野外，要求具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。而且汽车上许多重要总成件都是以车架为载体，因此，设计出重量轻而各方面性能达到要求的车架结构是一项重要的工作。传统的车架结构设计是采用类比的思想进行经验设计，设计出的车架结构除了个别部位的应力水平较高外，大部分部位的应力水平低，强度富余大。因此，有必要采用合理的设计方法以降低车架的重量，减小汽车的制造成本，提高市场竞争力。1.3 国内外发展现状早期汽车所使用的车架，大多都是由笼状的钢骨梁柱所构成的，也就是在两支平行的主梁上，以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体在车架之上，至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等板件，则是另外再包覆于车体之外，因此车体与车架其实是两个独立的构造。这种设计的最大好处，在于轻量化与刚性得以同时兼顾，因此受到了不少跑车制造商的青睐，早期的法拉利与兰博基尼都是采用的这种设计。由于钢骨设计的车架必须通过许多接点来连结主梁和副梁，加之笼状构造也无法腾出较大的空间，因此除了制造上比较复杂、不利于大量生产之外，也不适合用在强调空间的四门房车上。随后，单体结构的车架在车坛上成为主流，笼状的钢骨车架也逐渐改由这种将车体与车架合二为一的单体车架所取代。目前国内外车架的结构形式主要有三种：边梁式车架、中梁式车架（或称为脊梁式车架）和综合式车架。1.4 车架的功用和要求在有车架汽车（例如各种货车、大部分越野车、一些客车等）中，车架被用作汽车各总成（包括发动机、底盘、车身中的各总成）的安装基体，承受这些总成的重量及传给车架的各种力和力矩。对车架的主要要求包括以下几点。具有足够的强度，以保证在汽车大修里程内，车架的主要零部件不因受力而破坏。具有足够的抗弯强度，以保证车架的变形在允许范围之内，利于车架上各总成的正常工作。货车车架的最大弯曲挠度应该小于10mm。具有合适的扭转刚度。一般希望车架两端的扭转刚度大些，而中段小些。车架要轻。车架自身质量一般应该在整车整备质量的10%以内。车架按其总成结构形式可分为框式（包括边梁式和周边式）、脊梁式、综合式。2 基于UG的车架实体建模2.1 UG软件简介图2.1 UG初始界面UG NX（原名：Unigraphics）是一个由西门子UGS PLM软件开发，集CAD/CAE/CAM于一体的产品生命周期管理软件。UGS NX支持产品开发的整个过程，从概念（CAID），到设计（CAD），到分析（CAE），到制造（CAM）的完整流程。 UG从CAM发展而来。20世纪70年代，美国麦道飞机公司成立了解决自动编程系统的数控小组，后来发展成为CAD/CAM一体化的UG1软件。90年代被EDS公司收并，为通用汽车公司服务。2007年5月正式被西门子收购；因此，UG有着美国航空和汽车两大产业的背景。 自UG 19版以后，此产品更名为NX。目前最新版本是NX7.5。NX 是 UGS 新一代数字化产品开发系统，它可以通过过程变更来驱动产品革新。NX 独特之处是其知识管理基础，它使得工程专业人员能够推动革新以创造出更大的利润。 NX 可以管理生产和系统性能知识，根据已知准则来确认每一设计决策。NX 建立在为客户提供无与伦比的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。NX 使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。NX 提供了完整的集成的流程自动化工具套件，使公司可以收集和重用产品及流程知识，从而促进使用企业最佳实践。 设计效率 NX 利用独特的三维精确描述技术和功能强大的新设计工具重新定义了CAD 生产效率，可提高工作效率、加快设计流程、降低成本并改善决策过程，同时还可增强 PLM 精确描述框架的三维外观。 CAE 效率 通过集成主流几何体工具及最新的用于建模、仿真、自动化和测试相关性的强大分析技术，NX 重新定义了 CAE 效率。将仿真与设计同步，执行更快的设计分析迭代，作出更好的工程决策，从而更快更好地提供产品。 制造效率 通过利用下面两个新应用程序将您置于特定编程任务环境中，NX 重新定义了零件制造效率：NX 叶轮切削，用于复杂的叶轮编程；NX CMM 数控检测编程，可根据 PMI 模型数据自动运行。UG软件基于约束的特征建模技术和传统的几何建模技术相结合，具有极为强大的及按摩功能。实体建模在UG中可以进行二维模型和三维模型的草图设计、各种曲线的生成和编辑、扫描实体和旋转实体建模，以及参数化设计等实体建模工作。2. 曲面建模UG同时具有强大的曲面建模能力，可以实现直纹面、扫描面、自由曲面的建模，而且还能够实现广义扫描、动态调整曲面以及曲面编辑等功能3. 特征建模UG特征建模模块提供了各种标准特征的设计，如孔、键槽、腔体、方形、圆形、凸台、圆柱、球体、管道、圆角和倒角等的设计，另外，特征扩展包括特征拉伸、特征旋转、特征扫描等。4. 装配建模UG装配建模模块主要提供了以下几种功能l 装配导航；l 参数化装配模块；l 坐标系定位；l 定义不同零件和组件间的参数关系；l 标准件库调用；l 直接访问零件或子装配件；l 统计零件装机数量；l 生成支持汉字的装配明细表；l 装配干涉检查功能；l 管理、共享和检查用于确定复杂产品布局的数字模型。5. 工程制图UG工程制图模块可以使工程设计者方便地从三维模块中获得二维图形。UG提供了自动视图布置、剖视图、各向视图、局部放大图、局部剖视图、自动或者手工尺寸标注、视图手工编辑、装配图剖视、爆炸图、形位公差、粗糙度标注和明细表自动生成等工程制图工具。6. 工业设计UG工业设计模块提供了材料和纹理设置、光源设置和动画制作等功能，能够产生视觉效果并渲染产品图片。2.2典型的车架分类与特点2.2.1 框式车架框式车架又可以分成两种，即边梁式和周边式。边梁式车架边梁式车架由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成，如图2.2所示。当承受扭转载荷时，这种车架的各部分同时产生弯曲和扭转。在这种车架上便于安装车身和布置其他各种总成、零部件，易于满足改装和变型的需要。这类车架广泛应用于货车、越野车、特种车和用货车底盘改装的大客车上。图2.2 一种周边式车架周边式车架周边式车架的特点是前、后两段纵梁变窄，中部纵梁加宽，如图2.3所示。其中，前、后狭窄端是通过所谓缓冲臂或抗扭盒与中部纵梁焊接相连。其中，缓冲臂或抗扭盒具有一定的弹性，受力后可以产生一定的弹性变形。这样就可以是前端或后端的纵梁相对于中部的纵梁有一定的相对转角。所以，这种车架可以缓和路面不平的冲击、降低车内噪声。此外，车架中部宽度接近地板宽度，从而提高了整车的横向稳定性，还能减少车架纵梁外侧装置件的悬伸长度。前后端较窄可以保证前轮有足够的转动空间和后轮轮距不致过大。但是这种车架结构复杂、成本高，故仅用于中、高级轿车上。图2.3 一种周边式车架另外，在某些轿车的框式车架中，其中段用X形梁代替横梁，与左右纵梁相连，可视为框式车架的一种变形。其优点是扭转刚度大，对限制车架扭转变形作用较好，并能阻止左、右纵梁在水平面内错开。2.2.2 脊梁式车架脊梁式车架主要是由一根通过车架中央的具有封闭断面的管型脊梁和若干根悬伸托架构成的（见图2.4），扭转刚度较大。采用这种车架的车辆其前、后轮常采用独立悬架，容许车轮有较大的跳动空间，使汽车具有较好的通过性。但是，这种车架的制造工艺复杂，维修不便，目前仅用于某些高越野性汽车上。图2.4 一种脊梁式车架的汽车底盘2.2.3 综合式车架综合式车架是综合了框式和脊梁式车架的一些设计特征而成的。如图2.5示出一个综合式车架，其中车架的前、后部均近似于边梁式结构，而中部采用脊梁式结构。这种结构使中部抗扭刚度大、地板高度低，但地板中部往往形成大鼓包，影响后座的乘坐舒适性，加之工艺复杂，所以应用不广。图2.5 一种综合式车架2.3 总体结构方案的确定越野车一般具有爬坡度高、涉水度深、适应恶劣道路环境及野外行驶的能力，既能高速行驶于铺装路面，又能行驶于急造路、乡村土路，还能顺畅地通过无路地区，因此，要求越野车车架具有足够的抗弯和抗扭强度。考虑到上文边梁式车架的特点，本课题采用边梁式车架设计方案。该边梁式车架由6根纵梁和10根横梁以及其他支撑、连接部件组成。6根纵梁：车架前左、右纵梁；中间左、右纵梁；车架后左、右纵梁。10根横梁：前横梁、前桥连接横梁、前桥上横梁、后横梁、后桥连接横梁、后桥上横梁、2根中间横梁、Z形横梁、转向油缸下横梁。2.4 车架纵梁的形式纵梁是车架的主要承载零件，在汽车行驶中承受较大的弯曲应力，其长度大致接近整车长度，一般为轴距的1.41.7倍。其形状应该力求简单，断面沿长度不变或者少变化，以简化工艺，纵梁的断面形状有槽形、叠槽形、箱形、Z形、管形和工字形等。由于槽形断面的抗弯强度大，工艺性好，零件安装、紧固方便，边梁式汽车车架纵梁多采用抗弯强度较大的槽形截面梁，由车架专用热轧的钢板冲压而成。越野汽车车架纵梁一般为等截面的，但也有根据整车布置要求做成变截面的。由于越野汽车前部载荷较小，因此变截面的车架纵梁主要要是前小后大。改变截面的方式有两种:一种为槽形截面梁的翼面变窄，一种为槽形截面梁的腹板高度变低。不管哪一种方式，都必须均匀过渡，以避免应力集中。前一种是为了方便布置发动机，后一种可在保证车架强度的前提下降低驾驶室的重心高度。考虑到布置发动机和工艺简单，制造成本低，本设计采用等截面的中间纵梁和变截面的前、后纵梁。图2.6 中间纵梁及其横截面图2.7 车架前左纵梁图2.8 车架后左纵梁2.5 车架横梁的形式横梁的主要作用是联接左右两根纵梁，构成一完整的框架，保证车架有足够的扭转刚度。从车架前端到驾驶室围这一段装有前悬系统和转向系统，如因道路不平等原因使车架产生较大的挠曲变形而影响转向，将使车辆发漂甚至完全失去控制，因此，这一段刚度过小对于操纵稳定性来说是极为不利的。大多数汽车的车架在这一段都布置了二至三根横梁。包括后悬架在内的车架后部也必须做成大刚性的。这是因为后悬架对于汽车舒适性和操纵稳定性的影响较大，必须采用后部牢固而刚性的车架结构才有助于诸如转向、侧倾的稳定性等问题的解决。因此，设计的车架在此段布置了三根横梁。车架的前、后两段的刚性都较大，而大部分车架变形(弯曲和扭转)都集中在车架中部，所以该段必须具有一定的挠性，以起到缓冲作用，同时也可避免应力集中，消除局部损坏现象。因此，设计的车架在这一段内布置了二根管形横梁。横梁以设计成直线形的效果最好，一般做成简单的直槽形。但有时为了提高横梁的刚度，横梁的断面可采用圆柱或箱形断面。为了避让传动轴等部件横梁不能设计成直梁时，一般做成拱形，但弯曲处要尽量平缓过渡，以避免应力集中。设计的横梁方案: 前横梁、前桥连接横梁、后横梁、后桥连接横梁、后桥上横梁、转向油缸下横梁为箱形截面；前桥上横梁设计成拱形，方便发动机、变速器等总成的布置； 2根中间横梁采用管形横梁。图2.9 车架前横梁图2.10 车架后横梁图2.11 车架中间横梁2.6 纵、横梁的连接在车架设计中，纵、横梁连接处的结构形式（也称为节点结构）的选择也是至关重要的。横梁与纵梁的固定一般采用铆接法、焊接法和螺栓联接法。铆钉联联接成本低，适于大量生产，目车架的变形小，日前国内重型汽车车架主要要采用该种方法;焊接能够保证很高的弯曲刚度目联接牢固，但因焊接容易产生车架变形并引起内应力，所以主要用于小批量生产或修理;螺栓联接主要用在某些需要互换或拆卸的部件上，缺点在于长期使用容易松动，在关键部位可采用涂螺栓紧固胶以及采用自锁螺母的方法解决螺栓松动的问题。本设计对于连接纵横梁主要采用焊接和铆接法，车架焊接处采用气体保护焊进行焊接，除规定特殊地方外，焊脚应等于焊接部件的最小板厚，但不小于3。各处焊接应符合JB/T 5943-1991 工程机械焊接通用技术条件的要求。图2.12 前桥上横梁与前纵梁的连接图2.13 中间横梁与中间纵梁的连接图2.14 车架前纵梁与中间纵梁的连接2.7车架实体UG模型及其材料的确定基于UG的车架模型：图2.15 基于UG的车架模型车架材料应具有足够高的屈服极限和疲劳极限，低的应力集中敏感性，良好的冷冲压性能和焊接性能。低碳和中碳低合金钢能满足这些要求。越野车冲压纵梁的钢板厚度约5. 0 7. 0 mm，本设计取6.0mm。本设计采用16 Mn钢板制造车架，其疲劳强度-1= 220 260 M Pa。3 车架的强度分析3.1 车架的受载分析汽车运行的时候，车架会承受各种载荷，承受来自驾驶室、发动机、工具箱、主减速器、变速器、传动轴、油箱、蓄电池等载荷，在行驶中还要承受由于路面不平度干扰所产生的载荷、司机驾驶操作所造成的动载荷、碰撞时引起的冲击载荷，以及由于自然环境的变化所产生的偶然载荷等。作用在结构件上的内里有冷、热加工时产生的残余应力、装配时由于零件之间的互相干涉所产生的初始应力等。这些载荷往往不是单独作用的，而是同时作用的。此外，这些载荷还会因产生的方式、车辆的用途以及使用状况的不同而有很大变化。车架上的载荷分为下面几类:静载荷，是指汽车静止时，悬架弹簧以上部分的载荷;对称的垂直动载荷，当汽车在平坦的道路上以较高车速行驶时产生的。其大小与垂直振动加速度有关，与作用在车架上的静载荷及其分布有关，路面的作用力使车架承受对称的垂直动载荷。这种动载使车架产生弯曲变形;斜对称的动载荷，这种载荷是当汽车在崎岖不平的道路上行驶时产生的。此时汽车的前后几个车轮可能不在同一平面上，从而使车架连同车身一同歪斜，其大小与道路不平的程度以及车身、车架和悬架的刚度有关。这种动载荷会使车架产生扭转变形。其它载荷如转向离心力载荷、制动时惯性力载荷，由于载荷作用线不通过纵梁截面的弯曲中心(如油箱、备胎和b.架等)而使纵梁产生附加的局部扭矩。本文中的越野车架与车身的连接采用的是悬置点连接，左右共计10个悬置点，在重力作用下的静载荷依次为：第一悬置：1135N；第二悬置：1798N；第三悬置：1967N；第四悬置：2152N；第五悬置：2972N；另外动力总成及发动机，变速箱，离合器，分动器重量为2450N。加载方式分别为：十个悬置点集中加载，发动机动力总成按照三点悬置集中加载。动态状况时，汽车在该工况下受路面不平整和发动机振动等影响，产生一定的动载荷，由经验数值取动载系数为2035。将动载系数与所受的静载荷相乘，施加到车架上分析，约束情况与静强度分析时一样。3.2 中间纵梁的有限元分析3.2.1有限元分析软件ANSYS3.2.1.1 ANSYS软件简介是一种应用广泛的有限元分析软件。该软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。有限元结构分析的主要任务是：分析机械结构系统受到外载荷作用时所作出的变化，例如应力、位移、温度等。根据该变化可以知道机械结构系统受到外载荷作用后的状态，进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受到的载荷也相当多，理论分析往往无法进行。想要得到解答，必须先简化结构，采用数值模拟的方法进行分析。 ANSYS软件融合结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等于一体，是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可广泛应用于机械、 航空航天、能源、汽车工业、土木建筑、水利、生物医学、电子产品、教学科研等众多领域。ANSYS提供结构静力学分析、结构动力学分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析、声场分析、压电分析等分析类型，并且还具有良好的用户界面、前后处理和图形功能，因而受到国际工程界和学术界的普遍欢迎和重视。3.2.1.2 ANSYS软件组成ANSYS分析是对物理现象的模拟，对真实情况的数值近似。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。典型的分析流程为：前处理（建模、模型网格）分析计算（定义载荷、求解）后处理（通用后处理、分析结果）。流程举例如图3.1、图3.2：图. ANSYS有限元分析流程图(二)1) ANSYS的前处理模块ANSYS的前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。a 实体建模：ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球 、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块 、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANS YS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作 能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括 圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和 删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。b 网格划分：ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由 划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后 选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户 指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差 低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。2) 分析计算模块 包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；3) 后处理模块 可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。3.2.3.3 ANSYS中的载荷问题 在ANSYS中，载荷包括边界条件和外部或内部作用力函数，在不同的分析领域中有不同的表征，但基本上可以分为6大类：自由度约束、力（集中载荷）、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。1、自由度约束（DOF Cinstraints）:将给定的自由度用已知量表示。例如在结构分析中约束是指位移和对称边界条件，而在热力学分析中则指的是温度和热通量平行的边界条件。2、力（集中载荷）（Force）：是指施加于模型节点上的集中载荷或者施加于实体模型边界上的载荷。例如结构分析中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分析中的电流段。3、面载荷（Surface Load）:是指施加于某个面上的分布载荷。例如结构分析中的压力，热力学分析中的对流和热通量。4、体载荷（Body Load）:是指体积或场载荷。例如需要考虑的重力，热力分析中的热生成速度。5、惯性载荷（Inertia Loads）:是指由物体的惯性而引起的载荷。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的惯性力。6、耦合场载荷（Coupled-field Loads）:是一种特殊的载荷，是考虑到一种分析的结果，并将该结果作为另外一个分析的载荷。例如将磁场分析中计算得到的磁力作为结构分析中的力载荷。3.2.2 中间纵梁的模型创建利用软件建立的中间纵梁三维模型如图.所示。图3.3 车架中间纵梁三维模型3.2.3 定义材料属性车架所选材料16Mn钢材的弹性模量为206GPa，泊松比为0.29，按照ansys操作输入，如图3.4所示。图3.4 ansys定义材料属性3.2.4 中间纵梁的网格划分定义网格划分单元参数为0.9，按照ansys操作输入，如图3.5.图3.5 ansys定义单元格大小对该车架中间纵梁进行自由网格划分如图3.6所示。图3.6 车架中间纵梁的网格划分3.2.5 车架中间纵梁的约束施加和载荷施加对车架进行简化，看作简支梁进行约束，即一端约束所有自由度，另一端约束一个方向的自由度Ux。载荷以集中载荷的形式施加，分三点进行加载，其大小分别为F1=1798N，F2=1967N，F3=2152N。约束及载荷施加如图3.7所示。图3.7 车架中间纵梁的约束施加和载荷施加3.2.6 车架中间纵梁的受力变形分析运用ANSYS进行有限元运算后，结果如图3.8所示。从图中可以看出：车架两端和中间加载处变形较大，原因是加载的载荷过大，单一纵梁中间没有加强件。图3.8 车架中间纵梁受力变形图3.2.7 车架中间纵梁的应力分析经运用ansys进行分析后，如图3.9所示，从有限元模型应力云图上可直观的看出：集中载荷加载位置应力较大，并且在孔及腹板横截面变化的位置有应力集中。分析结果显示，最大应力为336.753MPa，小于材料屈服点343MPa。图3.9 车架中间纵梁的应力云图对车架中间纵梁的分析，是在ansys操作运算中，模拟的是实际材料的属性，而且所加载荷也是经简化的，与实际载荷相差较大，加之车架纵梁上没有安装加强版等其他加固部件，所以分析的结果与假设的理想模