【轻型货车车架结构的车架设计校核及有限元软件分析案例2400字】

轻型货车车架结构的车架设计校核及有限元软件分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u23577轻型货车车架结构的车架设计校核及有限元软件分析案例 1183271.1纵梁的刚度计算校核 120431.2纵梁的强度计算校核 3232651.3有限元软件分析 540751.3.1满载静态工况 5270851.3.2满载时施加约束和载荷 7109021.3.3满载转弯工况 942481.3.4纵向载荷最大工况 111.1纵梁的刚度计算校核车架在汽车运行过程中会产生弯曲变形，在满足强度条件的同时，为保证其正常工作，需要对弯曲位移加以限制，进行纵梁刚度计算校核。纵梁刚度与承受作用于跨距中点位置的载荷集中量P及汽车的轴距有关，具体计算过程如下：（4-1）（4-2）国家对车架纵梁允许的变形程度为[y]＜0.085cm，所以即JX/l3＞12，如图4-2所示。而车架纵梁最易变形的位置及纵梁的中心位置。所以需要对纵梁的中心位置进行校核，纵梁中心位置的变形必须低于国家对车架重量允许变形。图4-2弯曲刚度示意图（4-3）（4-4）第二种情况是假设载货满载，在汽车行驶时，汽车不但会受到静应力还会受到动应力。车架承受的是交变负载和所以需要考虑动载荷的影响。（4-5）（4-6）通过计算得：（最大挠度小于10mm）通过两个数据相比较JX/l3＞12，所以该设计的车架刚度是满足条件的。1.2纵梁的强度计算校核纵梁的强度校核首先要保证车架的抗弯曲强度，在此基础上来验证车架纵梁的断面结构尺寸参数是否合理。当货车空载时，由纵梁来承受基本部件的重量，即重簧上量GS（一般的情况下在普通二驱货车上，货车整体自重G0为货车簧上重量GS的1.5倍），而当货车满载时，货车自重及货物质量总和Ge都要由纵梁承受；重簧上量GS及货车自重及货物质量总和Ge的载荷分布图如下：，，，，。，GS=2/3G0=16986N，Ge=G总-1/3G0=35607N，L=5990mm，a=1100mm，图4-1载荷分布图前支反力计算如下：（4-7）纵梁弯矩大小计算如下：（4-8）驾驶室到后轴的车架纵梁弯矩及剪力大小计算过程如下：由根据基本设计参数带入得：数值x=l时，该数值为其绝对值，计算如下：（4-11）车辆在动态载荷的条件下行驶会出现疲劳情况，而出现疲劳的位置时车架纵梁，纵梁的疲劳系数为1.41，在计算时要先对重量进行简化。首先，假设纵梁只发生的事纯弯曲。所有作用力都是要通过中梁段面儿的弯曲中心。栋梁支撑在悬架的支座上。载荷的弯矩数值公式为：（4-12）而最大剪力与驾驶室到后轴的车架纵梁弯矩及剪力的绝对值有关，为驾驶室到后轴的车架纵梁弯矩及剪力大小绝对值的1.4倍。（4-13）1.3有限元软件分析1.3.1满载静态工况在ANSYSWorkbench选择Model选项，将车架质量、车架横、纵梁参数、温度、受力等参数输入，进行几何形状操作，这时项目管理区域中出现车架的分析详情A。重复以上步骤，根据情况再就会再创建一个分析详情B，如图4-2所示为建模过程图。图4-3建模过程图将车架质量、车架横、纵梁参数、温度、受力等参数输入后，需要添加所用材料，并确定弹性模量数值和泊松比，具体步骤如下：Workbench中将所设计材料进行添加，本设计采用16Mn，在IsotropicElasticity对话框中填入弹性模量数值和泊松比，如图4-3所示。图4-3添加材料属性截面图确定材料、弹性模量数值和泊松比数据，即完成有限元模型的建立，形成车架结构图，如图4-4所示为车架框架图。图4-4车架框架图接下来进行网格划分，添加模型划分网格的尺寸控制项。在ElementSize选项中选取数据设为5mm，根据图4-6显示。图4-6尺寸设置图呈现出车架的网格效果图，根据图4-7所示。图4-7网格效果图1.3.2满载时施加约束和载荷在有限元两个方向的平面都将其设定为，将4块圆板都进行强加固定约束，受力方向设置在坐标轴的Z轴负半轴。则网格划分后的车架在载荷的作用下发生变形，则在满载情况下，车架应力云图如下图4-7所示。图4-7车架应力云图弯曲工况下，位移分布云图如图4-9所示，车架变形呈凹形，此时最大位移点加载值为4380，最大位移值为0.235mm。参考受弯刚构件的容许挠度，取容许挠度为1/500，对车架纵梁[fw]-6.0x104m,可以知道，结点4380处的挠度在容许范围内。图4-8满载时应变分析云图为了模拟货车受力情况，在车架的后悬架弹簧支座位置约束所有的自由度;在悬架弹簧支座位置沿垂直方向(z向)施加一对方向相反、大小为1000N的集中力，使之构成一个力矩。应变最大值在车架纵梁前端的拐角位置出现，其数值为0.000315。满载时总变形分析，如图4-10所示。图4-9满载时总变形图从图中可以明显看出，变形量的最大值在车架纵梁的中间位置出现，具体出现在距离地一根横梁的1.062mm处。1.3.3满载转弯工况车架在满载工况下转弯的变形非常重要，因为当汽车较重时，汽车转弯会出现由于重量而引起的外翻情况，车架在这时会受到侧向载荷，在有限元中，对满载转弯的工况进行分析，首先假设车辆为紧急右转弯，极限车速为20km/h，车轮回转中心到车轮半径距离为10m。通过有限元分析可以看出，车架在受到转弯侧向载荷下，发生了弯曲变形，而此时车架纵梁上载荷压力0.0821MPa，力的方向始终向下，垂直于平面。对车架前轮施加约束，施加约束的方向为：左侧前轮X、Y、Z方向，左侧后轮给予Y、Z方向，右侧后轮不给予约束的力，对车轮右侧前轮则在X、Y方向上施加一定约束。形成转弯时应力分析图，如图4-10所示。图4-11转弯时应力分析图根据上面的转弯时应力分析图可以知道，在四个车轮出均有应力，但在左侧后轮上出现最大，其数值为251MPa，而货车标准的屈服极限为[340MPa]，通过左侧后轮值低货车标准的屈服极限，所以车辆在该情况下转弯时处于安全的状态，设计合理。应力分析云图，如图4-12所示。图4-12转弯时应变图转弯时，利用云图进行分析，在没个车辆上都会有应变力，通过分析该车数值为0.00131，出现在该车左侧后轮的位置，如图4-13所示。图4-13转弯时总变形图根据上面的转弯时总变形云图可以知道，右侧纵梁的变形量高于左侧纵梁，而右侧纵梁的的中后位置变形量最大，通过图分析其值2.56mm。1.3.4纵向载荷最大工况轻型载货汽车在纵向载荷最大工况下工作，静态状态下载荷为整体的载荷数值大小一般都是的 1/1.5，即此时的静态载荷为，计算得此时静态载荷0.042MPa，如图4-14纵向载荷最大时应力分析云图所示。图4-14纵向载荷最大时应力分析云图通过纵向载荷最大时应力云图可以知道，应变的最大值为93