基于有限元分析的汽车车架优化设计【23000字】【优秀机械毕业设计论文】

文档包括:
说明书一份。51页。23000字左右。
外文翻译一份。
开题报告一份。
附录C一份。
命令流文件一份。

摘 要

车架是汽车上重要的承载部件，车辆所受到的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。通过有限元法对车架结构进行性能分析，在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。大型通用有限元软件ANSYS凭借其强大的分析功能和高度可靠性，在结构静力分析和动力分析以及优化设计等方面具有无可比拟的优越性。
本文以CA1040货车车架结构为研究对象，通过对Pro／E和ANSYS软件的消化与吸收，采用实体单元，对车架结构的有限元建模、车架结构的静、动态特性分析问题进行了研究。以实体单元为基础创建了车架结构的简单的尺寸优化模型，以车架的纵梁截面尺寸为设计变量，以车架结构的总体积最小为优化目标，对车架纵梁的截面尺寸进行优化并分析了优化结果。阐述了应用ANSYS进行结构优化设计的基本指导思想及方法，推广到解决以板壳单元为基础的车架优化问题，根据实际需要调整优化的设计变量、状态变量以及目标函数。通过对CA1040型货车车架结构的有限元仿真及优化，得到了一些有益的结论，为车架的设计提供了指导作用。

关键词：车架；载荷；轻量化；有限元分析；三维建模；ANSYS

ABSTRACT

Frame is as an important assembly bearing loads of an automobile，which all kinds of 10ads will pass to，and as a result the performance of frame structure affects whether the automobile design is successful or not．Using finite element method to analyze automobile frame structure and to take frame structure optimization into account makes sense in improving automobile performance，reducing the cost of design and automotive manufacture and increasing capability of market competition．ANSYS software takes on unexampled advantages in static analysis，dynamic analysis and optimization design etc by right of its powerful analysis function and high reliability．
Through studying Pro／E and ANSYS software the FEA model of a CA1040 truck with solid elements Was built．Based on the model the static and dynamic performance of the truck’S frame structure was studied．A topological optimization model and a simple optimization model was built based on solid elements．With the objection that the volume of the frame is minimal，the carling section dimensions was optimized and the results of optimization Was analyzed．This paper analyzes the principles and methods of optimization design，which Can be generalized to shell element model．The design variables，state Vadables and objective functions can be adjusted to meet the actual needs．
Through the finite element simulation and optimization of a CA1040 truck frame structure some useful conclusions has been got for the design of the frame．

Key words：Frame; loads; Lightweight; Finite element analysis; Three-dimensional modeling; ANSYS

目 录

摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 研究目的和意义 1
1.2 研究背景 1
1.3 有限元法在国内外车架结构设计中的研究现状 2
1.4 主要研究内容及技术路线 4
第2章 有限元结构的基础理论 6
2.1 有限元法的基本理论 6
2.1.1 有限元法的基本概念 6
2.1.2 有限元法的基本思路 6
2.2 ANSYS软件的简介 7
2.2.1 ANSYS的主要特点 7
2.2.2 ANSYS的主要功能 8
2.2.3 ANSYS的结构分析文件 9
2.2.4 ANSYS提供的分析类型 9
2.3 本章小结 10
第3章 车架有限元模型的建立 12
3.1 模型的建立原则 12
3.1.1 几何建模的注意事项 12
3.1.2 几何建模的简化 13
3.2 建立车架模型 14
3.2.1 建模时的简化处理 14
3.2.2 车架模型的建立 14
3.2.3 应用ANSYS对车架模型进行网格划分 14
3.2.4 对实体单元Sold 92的简要介绍 15
3.3 本章小结 16
第4章 车架结构的有限元静态分析 17
4.1 车辆载荷分析 17
4.1.1 行驶载荷 17
4.1.2 操作载荷 17
4.1.3 特殊载荷 18
4.2 车架受力情况 18
4.2.1 静载荷 18
4.2.2 动载荷 19
4.3 车架结构的静力性能分析 19
4.3.1 静力分析的基本概念及流程 19
4.3.2 车架结构静力分析工况及约束处理 20
4.3.3 车架结构静力分析规范 21
4.4 车架结构的静力性能分析结果 22
4.4.1 弯曲工况静力分析结果 22
4.4.2 扭转工况静力分析结果 24
4.5 本章小结 26
第5章 车架结构的动力性能分析 27
5.1 车架结构的动力性能分析 27
5.1.1 车架的模态分析 27
5.1.2 结构动力性能分析方程 28
5.1.3 刚度矩阵和质量矩阵形成 29
5.1.4 车架结构模态分析规范 30
5.1.5 车架结构模态分析结果 31
5.2 本章小结 33
第6章 车架结构参数的优化设计 34
6.1 优化设计的理论基础 34
6.1.1 优化设计的步骤 34
6.1.2 优化设计的数学描述 38
6.1.3 ANSYS的基本优化方法 38
6.2 优化设计数学模型的建立 40
6.2.1 优化设计数学模型建立的原则 40
6.2.2 简单的车架纵梁优化设计模型的建立 40
6.3 定义优化变量及运行优化 43
6.3.1 定义优化变量 43
6.3.2 设置并运行优化 43
6.4 优化结果分析 44
6.5 本章小结 47
结论 48
参考文献 49
致谢 51
附录 52
附录A 外文文献原文 52
附录B 外文文献中文翻译 58
附录C 程序命令流 59
附录C1 弯曲分析命令流 59
附录C2 扭转分析命令流 63
附录C3 模态分析命令流 70
附录C4 优化设计命令流 76