【某汽车车架优化的仿真分析案例3300字】

某汽车车架优化的仿真分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u10420某汽车车架优化的仿真分析案例 168961.1车架尺寸优化流程 1314021.2车架尺寸优化结果厚度对比数据 4133441.3尺寸优化后车架数据对比 5189421.3.1车架自由模态数据对比 574431.3.2车架刚度工况数据对比 949811.3.3优化后车架强度分析数据对比 1062371.4车架结构改进及数据比较 13278221.1.1车架改进部位 13135851.1.2改进后强度工况数据比较 141501.5小结 16车架尺寸优化技术是汽车实现轻量化设计的重要技术之一，当今的尺寸优化技术是现代工程技术中一门新兴的学科领域，也是工程运用广泛的技术。尺寸优化在原有的结构的形状特征与拓扑关系不变的情况下，只改变部件横截面的尺寸达到轻量化的目标，通过CAE软件计算分析出结构轻量化的最佳尺寸参数。在Optistruct尺寸优化的目标函数一般是模型质量最轻及模型体积最小作为优化，其优点是部件不必重新划分网格，在车架结构原基础上是易于实现约束设计变量和响应目标。在多数研究中，对模型质量做优化首先使用尺寸优化是最常用的，也是轻量化最常用的优化方法之一。本文的采用的尺寸优化是HyperMesh中的Optistruct求解器的优化功能模块，通过Optistruct求解器对车架的部件壁厚参数进行优化，找到部件之间配合的壁厚尺寸得到最优解。求解器可以改变求解约束条件和求解响应目标，使设计车架处于更为符合真实的状态。1.1车架尺寸优化流程车架的设计变量是模型中能够改变数值以达到优化效果的变量。可以是密度、厚度、直径等。前提是设计变量的选择与目标函数相关，设计变量直接影响目标函数最有效果。把目标函数设为体积和质量，通过改变模型的部件壁厚尺寸，使模型刚强度整体表现符合约束条件时，目标函数得到最优解。设计变量的选取有一定的限制，控制在一定的合理的范围内，以达到研究目的的同时，缩短计算周期。设计变量也有一定的变化范围，这需要考虑产品的实际尺寸结构。关键是要在合理的范围内变化。本文为了减少求解计算时间，把相同对称一样的模型中面和网格放在同一组块的Components中，优化的变量厚度尺寸有41个变量，车架尺寸优化的主体如图4-1所示，优化分为五个步骤。图4-1车架尺寸优化的主体第一步离散参数设置，在使用求解器Optistruct在Analysis面板>选择optization(优化)>discretedvs>name>from>to>increment（变化增量）>单击create创建离散函数，最后点击退出。图4-2车架离散函数建立第二步设置车架尺寸变量范围区间，在Analysis面板>optization>gauge>create>lowerbound输入变量下限值>upperbound>perps选中车架优化的模型>ddvalid选择前面建立的离散函数。图4-3设置车架尺寸变量第三步创建响应条件，在Analysis面板>optization>responses>优化目标响应取名称VO1>reponsetype>mass>create创建优化响应。如图4-4所示，在此页面创建相应约束，选择staticdisplacement功能，选中模型中响应位移点，最后点击create创建。图4-4车架质量响应创建图4-5车架约束响应创建第四步建立尺寸优化约束，在Analysis面板>optization>dconstraints>cnstraint>勾选lowerbound>upperbound设置数值>response选择之前设置的响应>loadsteps选中相应的工况>点击create创建。图4-6车架尺寸优化约束响应建立第五步创建车架目标响应，在Analysis面板>optization>objective>min>response选中前面建立的mass质量目标响应>点击create创建。图4-7车架质量目标响应创建

1.2车架尺寸优化结果厚度对比数据表4-1部件尺寸优化数据对比部件编号原始厚度（mm）优化厚度（mm）部件编号原始厚度（mm）优化厚度（mm）DV121.5DV2232DV231DV2322DV321.5DV2423.5DV431DV2521DV532DV2622DV621DV2732DV722DV2843DV821DV2932DV931DV3022DV1033DV3131DV1122DV3222DV1223DV3323DV1321.5DV3433DV1442.5DV3521.5DV1521.5DV3643.5DV1621.5DV3731DV1721.5DV381.51DV1833.5DV3922DV1933DV4021DV2021.5DV4121DV2131原三维实体模型车架测重为质量由393kg，经过有限元软件计算分析处理，优化车架部件壁厚车架质量下降至350kg，占原车架质量10.94%，达到轻量化的目的；车架最大位移及加载工况点的位移均有所下降。与原车架相比，整车的弯曲刚度和扭转刚度大大提高，车架性能得到提高。

1.3尺寸优化后车架数据对比1.3.1车架自由模态数据对比表4-2尺寸优化前后车架自由模态数据阶数优化前固有频率优化后固有频率711.2112.15811.7417.02925.3228.521027.5829.561130.8129.921231.9032.931339.6037.541441.5445.591546.9845.701651.2548.71图4-8优化后第七阶车架自由模态振型图4-9优化后第八阶车架自由模态振型图4-10优化后第九阶车架自由模态振型图4-11优化后第十阶车架自由模态振型图4-12优化后第十一阶车架自由模态振型图4-13优化后第十二阶车架自由模态振型图4-14优化后第十三阶车架自由模态振型图4-15优化后第十四阶车架自由模态振型图4-16优化后第十五阶车架自由模态振型图4-17优化后第十六阶车架自由模态振型原车架通过部件壁厚尺寸优化处理后模态数据与优化前数据比较，车架尺寸优化后低阶第七阶至第十阶固有频率有所提高，在高阶第十一阶至第十六阶固有频率有所下降，在汽车行驶时与不稳定因素低阶频率区域错开，避开了路面产生的激励频率对车架的影响。1.3.2车架刚度工况数据对比图4-18优化后车架扭转工况刚度位移图4-19优化后车架弯曲工况刚度位移车架尺寸优化后从自由模态和强度工况对比数据均有提升，车架模态在低阶有提高，在高阶有所下降，其中车架模态第九阶25.32Hz频率比优化前明显提高了3.2Hz，在高阶第十四阶41.54Hz频率比优化前大幅降低了1.05Hz。如表4-5所示车架弯曲扭转刚度工况，最大位移和测力点最大位移均有下降，弯曲刚度提升到1395N/mm比原车架提高了108N/mm。表4-5车架优化前后弯曲扭转工况数据对比名称优化前弯曲工况优化后弯曲工况变化率优化前扭转工况优化后扭转工况变化率最大位移（mm）2.82.510.7%63.258.89.3%测力点最大位移（mm）右：2.3左：2.3右：2.1左：2.28.7%1.3%右：-32.1左：32.2右：-30.5左：30.65%5%优化后的弯曲刚度为：Κ=F施加载荷1.3.3优化后车架强度分析数据对比车架经过尺寸优化后，分析求解出结果后，找到out计算结果文件，将尺寸优化结果数据，修改模型尺寸厚度后进行强度分析。对车架局部集中应力进行标注。图4-20尺寸优化后垂向工况应力图4-20尺寸优化后转向工况应力图4-20尺寸优化后制动工况应力图4-20尺寸优化后右前轮悬空工况应力图4-20尺寸优化后左后轮悬空工况应力表4-6强度应力点数据工况应力点位置1（MPa）应力点位置2（MPa）应力点位置3（Mpa）应力点位置4（MPa）垂向工况422368380229转向工况226167162109制动工况422178178101右前轮悬空231270203162左后轮悬空237270186162车架进行强度分析在分析垂向工况、制动工况、右前轮悬空及左后轮悬空应力均超过车架使用材料Q235A钢的强度屈服值，车架安全系数到达不到使用要求，因此要对车架进行结构性能进行改进。

1.4车架结构改进及数据比较1.1.1车架改进部位车架在进行垂向工况模拟车架受到载荷系数为2g，此时车架四个部位受到的应力最大的，比其他四个强度工况的应力大，因此以垂向工应力为改进目标。改进应力点位置1和4对应力点位置1和4进行结构改进，车架前后支撑梁进行上移到大梁处，添加三角板加固，长为78mm，高为60mm，宽为46.3mm，加强筋高为329mm，长宽为28mm，厚度为3mm。如图4-21所示。图4-21车架应力位置1和4改进部位改进应力位置2和3对车架乘客支撑梁处，增多一根支撑梁部件，前部每根梁间隔328mm后部每个梁间隔295mm，修改厚度为2mm，使乘客载荷力分布均匀，减少局部应力，在接合处进行焊缝处理，增加支撑柱长为38mm，宽为25mm，高为48mm，四边柱长为38.5mm，宽为18.5mm，高为40mm。如图4-22所示。图4-22车架应力位置2和3改进部位1.1.2改进后强度工况数据比较车架进行结构改进后车架质量为386kg，如图4-23所示。与原车架质量393kg相比下降7kg，强度应力大幅度下降如表4-7所示。图4-23结构改进后车架测重表4-7车架结构改进后应力点数据工况应力点位置1（MPa）应力点位置2（MPa）应力点位置3（Mpa）应力点位置4（MPa）垂向工况228173214120转向工况1347810554制动工况1809310460右前轮悬空110125210117左后轮悬空97124209113图4-24结构改进后垂向工况应力图4-25结构改进后转向工况应力图4-26结构改进后制动工况应力图4-27结构改进后右前轮悬空工况应力图4-28结构改进后左后轮悬空工况应力车架经过结构改进后，强度分析的垂向工况，转向工况、制动工况、右前轮悬空工况及左后轮悬空工况的应力均未超过车架材料Q235A强度屈服应力，车架使用安全性能系数大于1，表明车架