基于ANSYS的车架有限元分析

摘褥子汽车经过130多年的发展，安全节能已成为汽车设计的重要内容。在汽车结构中，框架是汽车的底座和主要承载部件，连接汽车的各个部件，承担来自汽车内部和外部的各种负载，其结构性能直接关系到汽车性能的好坏。本文以油车车架为研究对象，使用CATIA软件简化和构建车架模型，使用ANSYS软件定义车架模型的参数、网格划分、施加作用力、自由度约束和车架弯曲条件、扭转条件、急减速条件、急转弯条件的静态分析以及位移和力分析，为车辆安全和节能设计提供理论支持。同时，框架也进行模态分析，建立框架的固有频率和模式造型，提高车辆设计水平，避免共振，提高平顺性，提供了理论依据。关键字：结构件、有限元、ANSYS、静态分析、模态分析Abstractthe automobile which has developed for 130 years，Security and energy saving has become the leading content for autoobile deign。among The many complex structures in autoobile，The frame of The vehicle is The basic part and The main bearing part .it has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecti Ng various loads from inside and outside the vehicle .the performance of frame structure affects whether the autoobile property is good or not .In this paper，The frame of a ful tanker is stuied。web simplify and establish the model of frame by CATIA。the parameter of the frame is defined。the model of fram E is meshed by ANSYS . add the force and freedom of the model of frame by ANSYS .the static analysis of the frame includes the situation of bending，Torsion，barking and swerve by ANSYS。according to The figure of displacement and stress，It provide theoretical support for The autoobile design of security and energy saving . at Thebased on the frame of natural frequency and vibration mode，It provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and iimprovingKeywords : frame、finite element、ANSYS、static analysis、modal analysis列表1简介11.1概述11.2研究背景11.3有限元法的应用与发展21.4主题的目的和意义21.5本文的主要研究内容32基于CATIA和ANSYS的框架有限元建模42.1有限元法简介42.2 CATIA软件简介6建立2.3框架几何模型72.3.1简化框架几何模型72.3.2建立框架几何模型72.4框架有限元模型构建102.4.1网格分割前处理102.4.2框架有限元网格10三框架有限元静态分析133.1汽车车架刚度理论133.1.1汽车车架弯曲刚度133.1.2汽车车架扭转刚度133.2框架荷载分类和处理133.2.1静态负载133.2.2动态负载143.3框架条件的有限元分析143.3.1满载弯曲条件143.3.2满载扭转条件163.3.3紧急制动条件183.3.4紧急旋转条件194框架有限元模态分析214.1模态分析简介214.2模态分析基本理论214.3框架的模态分析224.4框架模态分析结果评估27结论29审计31参考文献3231简介1.1概述早期汽车开发，通常是利用经验判断和实验模拟进行结构分析。这种方法不仅浪费财力人力，生产周期长，研发效率低，不符合现代产品的有效开发要求，只能表征初始状态和最终状态，不能知道中间过程，不能帮助利益相关者了解问题的实质Error！Reference source not found。请参阅。计算机信息技术及其相关学科和方法的快速发展极大地促进了相关行业和科学研究的进步出现了一种新的综合的可扩展的高效学科作为新的数值模拟分析技术的CAE！Reference source not found。应用于越来越广泛的科学研究领域。从某种意义上说，数值模拟比传统方法对问题的理解更深、更严格，不仅可以分析问题的结果，而且可以动态地随时持续地观察事物的发展，详细掌握整体和区域的发展过程！Reference source not found。请参阅。其中近年发展起来的多种数值模拟方法(如有限元、多体力学、计算流体力学)广泛应用于产品结构分析设计，可以解决以前手动计算无法解决的很多问题，提高产业竞争力，给企业带来巨大的经济和社会效益！Reference source not found。请参阅。作为汽车组装的一部分，车架起到了汽车内外各种复杂激励的作用，汽车的很多重要部件以车架为基准Error！Reference source not found。因此，在包括安全节能在内的各个方面设计性能良好的框架是一项重要任务。1.2研究背景有限元法在包括车架、车轴、车体、悬架、发动机箱、曲轴、离合器等装配、NVH分析在内的汽车研究过程中，通过有限元进行检查和优化，大大提高了汽车设计的水平和研发能力。设计当前帧时，设计研究人员通常简化帧。但是，简化帧很容易出现两个问题。框架简化太多，准确度不足，容易解决框架的安全问题，同时，为了避免安全问题，使汽车设计过于安全，消耗资源太多，增加成本，不利于实现汽车轻量化和节能减排的设计理念；框架的设计和计算不同步，导致设计者与制造商沟通不畅，难以达到技术目标的质量和设计要求，从而不利于提高框架设计者的设计水平和生产力。现代框架设计包括动态模拟分析、优化设计等计算机分析、优化和模拟阶段Error！Reference source not found。请参阅。计算机技术与现代电子测试技术的结合成为汽车车架的重要研究方法。本文利用ANSYS软件对某型油船框架进行了静态和动态分析，为进一步研究设计提供了有效的理论依据。1.3有限元法的应用与发展光纤元素方法是现代科学分析的一种重要方法。是20世纪60年代左右出现的计算机技术和相关学科交叉集成发展的新兴科学。有限元法最初应用于工程研究，用于分析和解决热力学、电磁学等物理问题！Reference source not found。请参阅。(1)有限元法在国内汽车分析中的应用与发展基于1965年中国著名数学家凤冈教授发表的变异原理的差异体系论文，中国的独立建立是有限元法Error！Reference source not found。请参阅。中国CAE技术的发展道路很困难。20世纪70年代中期，大连理工学院开发了DDJ、JIGFEX有限元分析软件和DDDU结构优化软件。20世纪80年代中期，中国科学院两国和平队创立了有限元程序自动生成系统(FEPG)，通知我国相关有限元研究已进入国际行列。20世纪50年代末左右，我国依靠传统的方法和经验进行了框架的设计和强度检查。也就是说，根据经典力学的经验公式，对框架结构进行了很多简化的设计Error！Reference source not found。计算过程繁琐，难以满足各方面的要求。是20世纪70年代末我国才在框架结构强度设计分析中应用有限元法的！Reference source not found。请参阅。根据目前国内情况，有限元动态分析主要集中在模态分析上，但对于汽车内外各种复杂激励作用下框架的动态响应，研究不足，对于框架的动态分析，需要分析汽车内外框架的各种激励情况。(2)有限元法在国外汽车分析中的应用与发展1960年R.W. Clough在平面弹性论文中首次使用“有限元法”这个名字的是Error！Reference source not found。请参阅。提出了有限元法的概念后，有限元法及其应用迅速展开，Error！Reference source not found。请参阅。有限元法已经是国外汽车结构分析中比较成熟的分析实现技术Error！Reference source not found。请参阅。欧洲从20世纪60年代末开始进行有限元静态分析Error！Reference source not found。请参阅。目前在国外，两三年内可以设计和开发新的模型，这主要取决于车身CAD及建模模拟相关技术的快速发展。现代框架结构设计基于现有的经验方法，转换为动态模拟分析的虚拟测试。随着应用领域的不断扩大，求解速度大幅提高，求解精度不断提高，有限元分析也在强度、刚度等分析中走向节能轻量化！Reference source not found。例如，oltel公司对Ford公司的一个框架进行了研究，实现了轻量化设计，而不降低框架的重要性能，改进后的框架比原始模型减少了23%，同时提高了刚度。1.4主题的目的和意义(1)论文主题的目的对油车的框架结构进行有限元分析，规范分析阶段，为有限元提供框架设计基础，为技术人员提供参考，缩短生产周期，提高研发效率。框架的静态分析和动态分析，为框架设计提供了理论参考，提高了车辆的设计水平和设计者的设计水平，实现了汽车各个方面的性能要求。(2)论文主题的重要性利用有限元分析框架结构，为框架设计制造过程提供理论依据，提高技术人员的设计水平和生产水平，缩短生产周期，提高研发效率，减少资源消耗，提高产业竞争力。了解框架的静态分析、应力和位移分布，为框架设计提供理论依据，优化薄弱位置，提高车辆设计水平，改善各种性能参数，包括安全和轻量化。框架的模态分析，框架的固有频率和模式分析，为框架和车辆设计提供了理论依据，为NVH研究提供了分析基础，对避免共振，提高平顺性和安全性具有很好的参考价值。1.5本文的主要研究内容本文以石油卡车框架为研究对象，使用CATIA软件简化和构建框架模型，使用ANSYS定义框架的参数、网格划分、施加力、约束自由度。提供了包括弯曲条件、扭转条件、急减速条件、急转弯条件在内的框架静态分析、位移图和力分析，为提高框架和车辆设计水平提供了理论依据，为提高安全性和节能提供了理论价值。此外，还为框架的模态分析、固有频率和振型的推导、车辆设计水平的提高、平顺性的提高和共振避免提供了理论支持。基于CATIA和ANSYS的框架有限元建模2.1有限元法简介有限元分析分为三个阶段。换言之，预处理是创建可以通过网格化几何模型来解决的有限元模型。处理是应用力、执行自由度约束以及创建和解决边界条件的过程。后处理是用户审查分析结果，分析计算问题的本质，便于后研究分析。(1)有限元法的分析步骤有限元故障诊断的基本步骤如下：结构离散化。选择位移模式。分析单元的力学性能。将所有离散单元的平衡方程合并成一个整体平衡方程。节点位移通过平衡方程求解。单元变形和应力计算。(2)有限元法的特点对复杂几何构型的适应性单元具有良好的空间性，形状和连接方式不同，因此在实际应用中，许多复杂的、不规则的结构可以通过网格分割生成有限元模型。各种物理问题的适用性场函数形式不受限制，适用于各种力学、电磁学等相关问题，也可用于相互结合的各种物理相关问题Error！Reference