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中型 载货 汽车 车架 有限元 静力学 分析

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本科学生毕业设计中型载货汽车车架有限元静力学分析 系部名称： 汽车工程系 专业班级： 车辆工程 B05-17班 学生姓名： 丰文彦 指导教师： 石美玉 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院 二九年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeThe Finite Elements Static Analysis of Mid-duty Trucks Frame StructureCandidate：Feng WenyanSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B05-17Supervisor：Associate Prof. Shi Meiyu Heilongjiang Institute of Technology2009-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 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。汽车车架作为汽车总成的一部分，承受着来自道路和装载的各种复杂载荷作用，而且汽车上许多重要总成部件都是以车架为载体。所以，车架的强度和刚度在汽车总体设计中起到了十分重要的作用。本设计是基于Pro/E软件建立了车架结构的实体模型，利用ANSYS有限元分析软件对该车架在弯曲工况、扭转工况、紧急制动工况和紧急转弯工况下进行了静力学分析。分析结果表明，该车架受到的最大应力值小于材料的强度极限，满足设计的要求。同时说明有限元法和ANSYS软件为车架结构的计算分析软件，可以更加全面的得出车架的应力分布状况，为车架的下一步设计过程提供了依据和理论支持，而且降低了制造成本，提高了市场竞争力。 关键词：载货汽车；车架；Pro/E；有限元；静力分析 ABSTRACTFrame is an important assembly bearing loads of an automobile. All kinds of loads will pass to it. So the performance of frame structure affects whether the automobile design is successful or not. As a part of the truck, the frame supports all kinds of complicated loads coming from the road and freight. And many assembly of the truck are built in the frame. So the intensity and the strong of the frame play a very important role in the design of trucks. A model of the frame is established by using Pro/E in this paper. The static intensity of the frame is analyzed in the situation of bending, torsion, braking and swerve by ANSYS. The result indicates that the stress of the frame is less than the utmost intension. And the frame is satisfied with the design. The result of this paper indicates that the research of FEA and ANSYS software offered a set of basic theory and method for the frame structure and simulation of dynamic characteristic. At last, the material of the frame is saved, and it is stronger in the market.Key words: Truck; Frame; Pro/E; Finite element; Static analysisII黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 选题目的与意义11.2 车架的设计理论发展过程和发展状况21.3 本设计研究的内容4第2章 有限元法及ANSYS软件的介绍62.1 有限元法简介62.1.1 有限元法的基本思想62.1.2 有限元法的特点72.1.3 有限元法分析的一般步骤82.2 车架有限元模型建立的原则82.3 ANSYS软件的介绍82.3.1 ANSYS的发展92.3.2 ANSYS软件的特点92.3.3 ANSYS软件的功能92.3.4 ANSYS软件的程序结构 112.3.5 ANSYS软件分析的基本过程122.4 本章小结13第3章 有限元模型建立143.1 车架几何模型建立143.1.1 车架尺寸的确定143.1.2 确定建立模型参考平面143.1.3 利用Pro/E软件建立几何模型153.2 车架有限元模型的建立173.2.1 车架几何模型导入到ANSYS软件173.2.2 shell单元的定义183.2.3 设置材料参数和属性223.2.4 进行网格划分223.3 本章小结23第4章 车架的静力学分析244.1 静力学分析基本概念和过程244.2 车架的载荷及处理244.2.1 车架受到的载荷244.2.2 载荷的处理254.3 车架的刚度理论基础264.3.1 车架的弯曲刚度264.3.2 车架的扭转刚度264.4 车架的工况分析及约束的处理274.4.1 车架的满载弯曲工况274.4.2 车架的满载扭转工况334.4.3 车架的紧急刹车工况364.4.4 车架的紧急转弯工况374.5 本章小结39结论40参考文献41致谢43附录44附录A 外文文献中英文翻译44附录B 静力学分析命令流54第1章 绪 论在人们的日常生活中，汽车作为主要的交通运输工具之一，发挥着非常重要的作用。因此，要求汽车制造厂提供更多更好的结构轻、性能好、质量高、用途广、安全性可靠的汽车。汽车车架作为汽车总成的一部分，承受着来自道路及各种复杂载荷的作用，而且汽车上许多重要的总成部件都是以车架为载体的。因而，车架的强度和刚度在汽车总体设计中显得非常重要。计算机的出现给社会发展带来了深刻的变革，同时也为工程结构的设计、制造提供了强有力的工具。汽车工业属于高技术产业,要设计生产出性能优越、安全可靠的汽车，不应用计算机进行辅助设计分析是根本无法实现的。因此，目前各生产设计部门都非常重视在设计制造过程中采用先进的计算机技术。在汽车结构设计中采用的有限元强度分析，是近几十年来发展起来的新的计算方法和技术,它可以解决许多以往手工计算根本无法解决的问题，为企业带来巨大的经济效益和社会效益1。1.1 选题目的与意义汽车工业属于高技术产业，要设计出性能优越，安全可靠的汽车，不利用计算机辅助设计分析是根本无法实现的。我国汽车工业采用CAD技术，从无到有，已经有近30年的历史了。尽管大多数的厂家采用一定的CAD技术应用于车架设计，如常见的AUTOCAD等辅助设计软件，但是这些软件一般并不具有结构分析的功能。所以，利用有限元法进行汽车车架的静、动态特性分析已成为一种趋势。早期由于有限元法所要求解的问题计算规模比较大，而计算机的速度和容量有限，所以造成有限元法在使用上的局限性。但随着有限元技术的成熟和调整计算机的出现，各种通用程序、专用程序的求解功能都很齐全，前后处理也很方便，汽车结构中绝大部分部件甚至整车的有限元静、动态分析和固有特性分析等都可应用这些通用程序或专用程序来分析计算。利用有限元法进行分析，可以更好地知道应力分布情况，进而设计出符合要求的车架结构，提高市场竞争力。随着科学技术的发展，汽车的设计和开发日益向环保化、安全化、智能化、轻污染、低排放及结构设计轻量化的方向发展。产品的类型和结构也越来越复杂，对汽车的产品开发的要求也越来越高。同时，对产品可靠性，安全性的要求也越来越高。汽车作为目前我们国家的主要城乡交通工具，对其刚度、强度，安全性能的研究具有重要意义。1.2 车架的设计理论发展过程和发展状况车架作为汽车的承载体，被货车、客车和轿车所应用，支撑着发动机、驾驶室、底盘总成和货箱等机件，承受传给它的各种力和力矩。因此，车架应该有足够的弯曲刚度，以使得安装在其上的相关部件之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并且使得车身的变形量降低到最小；同时汽车车架应该有足够的刚度，保证汽车车架有足够的寿命和良好的可靠性，纵梁等主要部件在使用过程中不应该有严重的变形和开裂。车架的刚度不足会引起振动和噪声，也会使汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性和某些的可靠性下降，货车车架的最大弯曲挠度应该小于10mm。但车架扭转刚度又不宜过大，否则将使得车架和悬架系统的载荷增大并使汽车轮胎的接地性变差，使通过性变坏。通常在使用中其轴间扭角约为1/m。在保证强度、刚度的前提下车架的自身质量应该尽可能小些，以减小整车质量。货车车架的质量一般约为整车整备质量的1/10。从被动安全性考虑，乘用车车架应该具有吸收撞击能量的特点。此外，车架设计时还应该考虑车型系列化及改装车等方面的要求2。早在上世纪五十年代，欧美国家就已经在车架结构分析中采用有限元方法，并能较好地模拟、分析车架动态特性。随着有限元模拟方法的不断完善和发展，欧、美、日、韩等国家的汽车生产周期不断缩短，一种新车型从概念到批量生产由6年，5年，4年发展到目前的2年甚至更短的时间，而且产品性能越来越高。随着计算机软、硬件水平的发展，出现了大量的有限元系统，如ANSYS、NASTRAN、I-DESA等，使得车架静态分析、动态分析等成了可能。国外已经能够用有限元对结构、材料和形状参数等进行灵敏度分析，并取得了重大成果。经过三十多年的积累和发展，国外许多大公司建立了高性能的车架计算机辅助工程系统，形成了完整和设计、分析方法和实验程序。目前，国外车型开发周期已经缩短到24至36个月，这与采用现代车架结构分析设计方法是分不开的。现代车架结构设计由原来的经验、类比、静态设计，向建模、静动态分析、动态优化及虚拟现实设计转变。国内起步较晚，在80年代才开始有限元方面的研究，但经过众多学者的研究和探索，已经积累了大量的经验。长春汽车研究所的谷安淘和常国振首先采用杆系有限元法求解了车架结构分析问题。他们将汽车车架结构简化为一组离散单元的集合体，这些单元通过各自的端点连接起来，用以代替真实的车架。随后，吉林大学的黄金陵进一步研究和完善了汽车车架杆系有限元法在车架静力学方面的计算理论。后来，应用有限元法对车架结构分析的研究越来越多， 运用有限元法对车架结构分析的计算不再局限于静力学分析，还开始考虑动态特性分析。同时，随着大量有限元软件的引进，车架的有限元法不仅由杆系理论上升到连续体的理论，而且计算模型的建立也越来越复杂，相应的计算精度也越来越高。目前，采用有限元法对汽车的车架结构进行分析正在成为车架设计的主流手段。今后，可以预计运用有限元法对汽车的车架结构进行仿真计算将成为设计的主流。目前国内对重型车架的分析一般仅限于强度和刚度的静态分析，在动态分析上起步较晚。这一方面是由于受到所具备的计算软、硬件的制约，另一方面车架建模过程涉及因素多而且结构复杂，还有待于进一步的研究和探索。上世纪五六十年代，我国对于车架的设计都是依据传统的经验和方法进行的，即依靠材料力学、弹性力学、结构力学的经验公式，对车架的结构进行大量的简化设计，设计的结果由试验来验证，该方法有一定的可靠性和科学性。传统设计方法，具有简单易行的优点，目前在我国车辆设计计算中仍然直到一定的作用。但是，该方法有明显不足的地方，主要体现在以下二个方面：1、由于经验设计带有盲目性，每次车架设计过程中不会有明显的突破。使得其整体的强度、刚度都得不到合理的解决。而且设计周期长，不断产品的更新，使得产品的更新换代速度比较慢，降低了市场竞争力。2、传统的设计，不能对车架结构的应力分布及刚度进行定量分析。因此，设计过程中会出现不合理的现象。导致整个车架的成本过高，同时存在某些地方不足，易出现事故；某些地方的强度又过于富裕，造成了浪费。由于传统设计有不足之处，同时随着计算机的发展及结构强度分析和结构优化程序的使用，取代了高强度的手工劳动，结构分析，设计速度大大提高。有限元就是其中的一种方法。目前，在工程技术领域内常用的数值模拟方法有：有限元单元法(亦称有限元法Finite Element Method，FEM)、边界法(Boundary Element Method，BEM)和有限差分法(Finite Difference Method ，FDM)等，但就其实用性和应用的广泛性而言，主要还是有限元法。作为一种离散化的数值解法，有限单元法首先应用在结构分析中，然后又在其他领域中得到了广泛的应用。其应用软件已发展到几百种。比较著名的有：NASTRAN(大型综合有限元软件)，ASKA(大型通用有限元软件)，MARC(大型综合非线性有限元软件)，GTSTRUDL(大型综合土木建筑结构分析的有限元软件)，SAP(线性有限元软件)，ADINA(非线性结构分析通用有限元软件)，ANSYS(有限元分析系统)，ALGORFEAS(大型结构分析通用有限元软件)等3。有限元分析的基本思想，是用一组离散化的单元组集，来代替连续体机构进行分析，这种单元组集体称之为结构的力学模型。如果已知各个单元体的力和位移(单元的刚度特性)，只需根据节点的变形连续条件与节点的平衡条件，来推导集成结构的特性并研究其性能。有限元的特点是始终以矩阵形式来作为数学表达式，便于程序设计，大量工作是由电子计算机来完成，只要计算机容量足够，单元的剖分可以是任意的，对于任何复杂的几何形状，多样化的载荷和任意的边界条件都能适应。然而，由于有限元是一种数值分析方法，计算结果是近似解，其精度主要取决于离散化误差。如果结离散化恰当，单元位移函数选取合理，随着单元逐步缩小，近似解将收敛于精确解。因此，正确建立结构的力学模型，是分析工作的第一步。目前采用有限元分析模型有如下二种：梁单元模型和组合模型是等。梁单元模型是将车架结构简化为由一组两节点的梁单元组成的框架结构，以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。其优点是：划分的单元数目和节点数目少，计算机计算速度快，而且模型前处理工作量小，适合初选方案。其缺点是：无法仔细分析车架应力集中问题，因而不能为车架纵、横梁连接提供实用的帮助。组合单元模型则是既采用梁单元也采用板壳单元进行离散。在实际工程运用中，由于车架是一由系列薄壁件组成的结构，且形状复杂，宜离散许多板壳单元的组集，其缺点是前处理工作量大，计算时间长，然而随着计算机技术的不断发展，这个问题已得到了较好的解决，而且由于有大型有限元软件的支撑，巨大的前处理工作量绝大部分可由计算机来完成，也不是制约板壳模型实际运用的困难了。这种模型使得对车架分析计算更为准确，能为车架设计提供更为有利的帮助4。有限元法为车架结构分析设计提供重要的基础，同时也促进车架结构的分析和设计的发展。但随着对车辆的运动性能要求的不断提高，车辆的工作环境愈来愈复杂。就车架而言，仍把满足静强度的要求作为结构的主要乃至唯一的依据，显然不能符合实际情况。但进行力学分析是不可或缺的设计过程，同时对于某些车辆的车架，在重载、高速行驶时其振动问题日益突出。车架的强烈振动一方面会影响人们乘坐舒适性，另一方面会影响汽车零部件的安全使用。因此，车架的动态分析就日益显得重要了，但在进行动态分析前的步骤是做静态分析，亦是做车架的静力学分析。所以，为了能够在车架的设计初期就对车架的静态性能有较全面的了解，提高车架的设计效率，很有必要在这方面作一些工作，即对其进行静力学分析，进而更加合理的设计出符合设计要求车架。1.3 本设计研究的内容本设计研究的是某中型载货汽车车架，运用PRO/E软件建立实体模型，利用有限元软件对车架进行四种工况的静力学分析，得到它的应力分布图和变形图，根据各部分所受的应力情况进行分析，进而为后续工作做准备。具体步骤如下： 建立车架的实体模型。利用PRO/E软件建立车架实体模型。 安装PRO/E与ANSYS软件转换接口。 进行网格划分。设置参数、属性，进行网格划分。 假定在汽车满载的情况下，对车架在弯曲、扭转、紧急刹车、急转弯四种工况下的受力和变形情况进行静力学分析。 结合应力图和变形图进行分析。 最终得出结论。第2章 有限元法及ANSYS软件的介绍2.1 有限元法简介自从20世纪60年代Clough第一次提出“有限单元法(或称有限元法)”这个名称以来，经过40多年的发展，它如今已经成为工程分析中应用最广泛的数值计算方法之一。由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视，伴随着计算机科学和技术和飞速发展，有限单元法现已为计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造（CAM）的重要组成部分。有限元方法是解决工程和数学物理问题的数值方法。可用有限元方法解决的有关工程和数学领域内的典型问题包括结构分析、热传导、液体流动、质量传输和电磁电位等。对于大多数的工程技术问题，由于物体的结构形状复杂或者某些特征是非线性的，很少有解析解。这类问题的求解方法通常有两种，一是引入简化假设；二是人们在广泛吸收现代数学、力学理论的基础上，利用计算机技术和数值分析技术来获得满足工程技术要求的数值解。目前在工程技术领域内常用的数值模拟方法有：有限单元法、边界元法、离散单元法和有限差分法，但就其实用性和应用的广泛性而言，主要还是有限单元法。由于汽车的机械结构复杂，用有限元法不但能完成车身、车架等结构静力学分析，而且还能进行动力学分析，因此是汽车设计计算的重要工具。尤其是近些年，伴随着计算机技术的发展，有限元法在汽车及总成部件设计制造中所起到的作用越来越明显。2.1.1 有限元法的基本思想有限元法的基本思想是将一个复杂的结构拆分成“有限”个“单元”,对这些单元分别进行分析,建立其位移内力之间的关系,以变分原理为工具,将微分方程化为代数方程,再将单元组装成结构,形成整体结构的刚度方程。KU=Q (2.1)式中: K结构的整体刚度矩阵； U节点位移列阵； Q节点载荷列阵。在工程或物理问题的数学模型(基本变量、基本方程、求解域和边界条件)确定以后，有限元法作为对其进行分析的数值计算方法的基本思想可简单概括以下三点：将一个表示结构或连续体的求解域离散成为若干个子域(单元)，并通过它们边界上的节点相互联结为一个组合体。用每个单元内所假设的近似函数来分片表示全求解域内待求解的未知场变量，而每个单元内的近似函数未知场函数(或未知导数)在单元各个节点上的数值和与其对应的插值函数来表示。由于在联结相邻单元的节点上，场函数具有相同的数值，因此将它们作为数值求解的基本未知量。这样一来，求解原待求场函数的无穷多自由度问题转换为求解场函数节点值的有限自由度问题。通过和原问题数学模型(如基本方程、边界条件等)等效的变分原理或加权余量法，建立求解基本未知量(场函数节点值)的代数方程组或常微分方程组。此方程组成为有限元求解方程，并表示成规范化的矩阵形式，接着用相应的数值方法求解该方程，从而得到原问题的解答。2.1.2 有限元法的特点有限元法之所以能有如此广泛的用途，是因为它有其自身的特点，概括如下：对于各种物理问题的适用性由于单元内近似函数分片的表示全求解域的未知场函数，并未限制场函数所满足的方程形式，也未限制各个单元所对应的方程必须有相同的形式，因此它适用于各种物理问题，例如线弹性问题、弹塑性问题、粘弹性问题、动力问题、屈曲问题、流体力学问题、热传导问题、声学问题、电磁场问题等，而且还可以用于各种物理现象相互耦合的问题。对复杂几何模型的适应性由于单元在空间可以是一维、二维或三维的。而且每一种单元可以有不同的形状，同时各种单元可以采用不同的连接方式，所以，工程实际中遇到的非常复杂的结构或构造都可以离散为由单元组合体表示的有限元模型。建立于严格理论基础上的可靠性因为用于建立有限元方程的变分原理或加权余量法在数学上已证明是微分方程和边界条件的等效积分形式，所以只要原问题的数学模型是正确的，同时用来求解有限元方程的数值算法是稳定可靠的，则随着单元数目的增加（即单元尺寸的缩小）或者是随着单元自由度数的增加（即插值函数阶次的提高），有限元解的近似程度不断被改进。如果单元是满足收敛准则的，则近似解最后收敛于原数学函数模型的精确解。适合计算机实现的高效性由于有限元分析的各个步骤可以表示成规范化的矩阵形式，所以最后求解方程可以统一为标准的矩阵代数问题，特别适合计算机的编程和执行。随着计算机硬件技术的高速发展以及新的数值算法的不断出现，大型复杂问题的有限元分析已成为工程技术领域的常规工作5。2.1.3 有限元法分析的一般步骤有限元法分析的一般步骤可归纳如下：离散和选择单元类型。在有限元分析中，单元类型的选择取决于实际受载条件下物体的物理构成，也取决于分析者所期望的对实际行为的近似程度。必须考虑选择一维、二维或三维进行理想化是否适当。选择位移函数。定义应变位移和应力应变关系。推导单元刚度矩阵和方程。组装单元方程得出总体方程并引进边界条件。解未知自由度(或广义位移)。求解单元应变和应力。解释结果。2.2 车架有限元模型建立的原则在建立车架有限元分析模型时，本文主要考虑了以下几个方面的问题:车架有限元分析模型尽可能逼近车架真实结构，尤其是从动力学特性上进行逼近。在进行网格划分时，保证任意一板壳单元的顶点同时也是其相邻单元的顶点；尽可能的使单元形状规则，以避免单元的某个边过长或者过短以及某个内角太大或太小。 对一些很小的或者不重要的地方，如过渡圆角，在建模时候进行简化处理。为了提高计算精度，建模时根据车架的结构特点和载荷分布特点，在可能产生应力集中或者应力包剧变化的部位网格划分比其它部分细密。2.3 ANSYS软件的介绍ANSYS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，可广泛用于机械工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物制药、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件可在大多数计算机及操作系统中运行，从PC到工作站再到巨型计算机，ANSYS文件在其所在的产品系列和工作平台均兼容。ANSYS多物理场耦合的功能，允许在同一模型上进行各式各样的耦合计算成本，如热耦合、磁结构耦合，以及电磁液体热耦合，在PC上生成的模型同样可运行在巨型机上，这样就确保了ANSYS对多领域多变工程问题的求解5。2.3.1 ANSYS的发展ANSYS由世界上著名的有限元分析软件公司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。2.3.2 ANSYS软件的特点ANSYS是一个功能强大的设计分析及优化软件。与其它有限元分析软件相比，它有如下特点：唯一能够实现多场耦合分析功能的软件，可以进行结构、热、流体流动、电磁等的单独研究或者它们之间相互影响的研究。有强大的非线性分析功能。唯一具有多物理场优化功能的有限元分析软件。唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型有限元软件。多种求解器分别适合于不同问题及不同的硬件配置。多种自动网格划分技术。支持异种、异构平台的网格浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容。支持从微机、工作站到巨型机，以及所有平台间的并行计算。可与大多数CAE软件集成并有接口。有良好的用户开发环境，综合应用菜单、对话框、工具条、命令行输入、图形化输出等多种方式，使应用更加方便。2.3.3 ANSYS软件的功能ANSYS软件包括以下主要功能模块：1、结构分析结构分析包括以下类型。静力分析用于静态载荷。可以考虑结构的线性及非线性行为。例如，大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹性及蠕变。模态分析计算线性结构的自振频率及振形，谱分析是模态分析的扩展，胜于计算机由随机振动引起的结构应力和应变(也叫做响应谱或PSD)。谐响应分析确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应。瞬态动力学分析确定结构对随着时间正弦任意变化的载荷的响应。可以考虑与静力学分析相同的结构非线性行为。特征屈曲分析用于计算线性屈曲载荷，并确定屈曲模态形状(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析)。专项分析断裂分析、复合材料分析、疲劳分析。专项分析用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为。它的显示方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法。2、ANSYS热分析热分析一般不是单独的，其后往往进行结构分析，计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力。热分析包括以下类型：相变(熔化及凝固) 全属合金在温度变化时的相变，如铁合金中马氏休体与奥氏体的转变。内热源(电阻发热等) 存在热源问题，如加热炉中对试件进行加热。热传导热传递的一种方式，当相接触的两物体存在温度差时发生。热对流热传递的一种方式，当存在流体、气体和产、温度差时发生。热辐射热传递的一种方式，只要存在温度差时就会发生，可以在真空中进行。3、ANSYS电磁分析电磁分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、耗能及磁通量泄漏等。静磁场分析计算直流电(DC)或永磁体产生的磁场。交变磁场分析计算由于交流电(AC)产生的磁场。瞬态磁场分析计算随着时间随机变化的电流或外界引起的磁场。电场分析用于计算电阻或电容系统的电场。典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等。高频电磁场分析用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析。4、ANSYS流体分析流体分析主要用于确定流体的流动及热行为。流体分析包括以下几种类型:CFD(Coupling Fluid Dynamic耦合流体动力) ANSYS/FLOTRAN提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等。声学分析考虑流体介质与周围固体的相互作用，进行声波传递或水下结构的动力学分析等。容器内流体分析考虑容器内的非流动流体的影响。可以确定由于晃动引起的静力压力。流体动力学耦合分析在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构力学分析中使用流体耦合单元。5、ANSYS耦合场分析耦合专场分析主要考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。例如，在电压分析中，需要同时求解电压分布(电场分析)和应变(结构分析)。2.3.4 ANSYS软件的程序结构ANSYS系统把各个分析过程分为一些模块进行操作，一个问题的分析主要可以经过这些模块的分步操作实现，各个模块组成了程序的结构。处理器。在ANSYS中，一般用到的处理器有：前处理器、求解器、通用后处理器、时间历程后处理器、拓扑优化和优化设计文件格式。在ANSYS中涉及的主要文件的类型及格式如表2.1。表2.1 文件的类型及格式文件的类型文件的名称文件的格式日志文件Jobname.LOG文本错误文件Jobname.ERR文本输出文件Jobname.OUT文本数据文件Jobname.DB二进制结果文件结构或其耦合热磁场流体Jobname.xxxJobname.RSTJobname.RTHJobname.RMGJobname.RFL二进制载荷步文件Jobname.Sn文本图形文件Jobname.GRPH文件(特殊格式)单元矩阵文件Jobname.EMAT二进制输入方式。主要包括交互式运行ANSYS和命令方式运行ANSYS。输出文件类型。一般来说不同的分析类型有不同的文件类型，除了上面列出的文件外，表2.2列出了ANSYS分析时产生的临时文件类型。表2.2 临时文件类型文件名称文件格式文件内容ANO文本图形窗口的命令BAT文本从batch文件中输入的数据DOn文本Do-loop命令中的计数值DSCR二进制 模态分析中的Scratch文件EROT二进制 单元旋转矩阵LSCR二进制 高级模态分析中的Scratch文件LV二进制 在子结构中产生并随多个载荷矢量传递的Scratch文件LNxx二进制 从sqarse求解器产生的Scratch文件MASS二进制 模态分析中的压缩质量矩阵MMX二进制模态分析中的工作矩阵PAGE二进制 ANSYS虚拟内存的页面文件PCS文本 从PCG求解器产生的Scratch文件PCn二进制 从PCG求解器产生的Scratch文件(n=110)SCR二进制 从雅可比梯度求解器产生Scratch文件SSCR二进制 从子结构求解器产生的Scratch文件2.3.5 ANSYS软件分析的基本过程该软件主要包括三个部分前处理、加载并求解和后处理。前处理前处理是指创建实体模型及有限元模型。它包括创建实体模型、定义单元属性、划分有限元网格、修正模型等几项内容。现今大部分的有限元模型都是用实体模型建模，然后在里面划分节点和单元，还可以在几何模型边界上方施加载荷，但是实体模型并不参与有限元分析，所以施加在几何实体边界上的载荷或约束最终传递到有限元模型上(单元或节点)进行求解，这个过程通常是ANSYS程序自动完成的。加载与求解在前处理阶段完成建模后，进入求解阶段，求解阶段通过求解器获得分析结果。在该阶段用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项等，然后进行有限元求解。后处理该模块的主要任务是进行结构分析。ANSYS提供了两种后处理器：通用后处理器(POST1)用来观看整个模型在某一时刻的结果。时间历程后处理器(POST2) 用来观看模型在不同时间段或者载荷步的结果，常用于处理瞬态分析和动力分析的结果4。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5。2.4 本章小结 本章通过对有限元和ANSYS的基础知识和基本理论的介绍，了解了有限元法的基本思想、特点、分析的过程步骤及ANSYS软件基础知识的简介，对有限元法和ANSYS软件建立一个感性的认识，同时明确有限元模型建立的基本原则，为后面的具体展开学习和应用进行了必要的铺垫。第3章 有限元模型建立汽车车架结构的有限元模型可以采用梁单元、板壳单元建立。梁单元模型将结构简化为一组两节点梁单元组成的结构，以梁单元的截面特性反映车架的结构特性，这种模型的优点是单元和节点数目少，前处理工作量少，计算量较小，计算速度快，但是无法分析车架应力集中问题，计算精度较低。板壳单元模型则与实际结构基本吻合，计算精度较高，但是由于单元与节点的数量庞大，前处理工作量大，计算量大。为了减少前处理的工作量，缩短建立模型的时间。所以，本章将采用Pro/E和ANSYS软件完成车架的几何模型和有限元模型的建立。3.1 车架几何模型建立3.1.1 车架尺寸的确定根据刘惟信汽车设计可知，车架的长度大致接近整车长度，约为轴距的1.41.7倍。本设计中选取的轴距为4700mm，则汽车的纵梁长取为6600mm。载货汽车一般有46根横梁，其分布与有关总成、驾驶室、货箱和车身的支承位置有关。参照东风140车架，确定其横梁位置。汽车车架的结构是典型的载货车车架结构，由两根纵梁及五根横梁铆接而成，前后等宽，宽度为870mm。纵梁由16Mn钢板冲压而成。其最大剖面尺寸为：235758mm(高宽厚)，如图3.1所示。图3.1 纵梁截面形状其中：d=8mm，h=235-8=227mm，b=75-8/2=71mm。3.1.2 确定建立模型参考平面为了在导入ANSYS软件后，便于调整好车架的位置，利于观察。选择以RIGHT面及以它为参考面DTM1、DTM2进行拉伸建模，即YOZ为左右对称面，XOY为纵梁的对称面，XOZ为车架纵梁的中间平面，其中X轴指向车架前进方向的左侧，Y轴指向车架上方，Z轴指向车架前进方向。3.1.3 利用Pro/E软件建立几何模型利用Pro/E软件，按照车架主要参数和尺寸进行建立三维实体的几何模型，具体步骤如下：建立基准面DTM1，如图3.2所示。 图3.2 建立基准面DTM1 图3.3 拉伸纵梁利用拉伸命令拉伸纵梁，如图3.3所示。建立基准面DTM2，如图3.4所示。图3.4 建立基准参考平面DTM2按确定位置拉伸横梁，如图3.5所示。图3.5 拉伸横梁拉伸出示意钢板弹簧位置的螺栓，如图3.6所示。图3.6 拉伸示意钢板弹簧位置的螺栓利用镜像命令，得到车架的三维实体模型，如图3.7所示。图 3.7车架几何模型3.2 车架有限元模型的建立3.2.1 车架几何模型导入到ANSYS软件由于ANSYS软件不能直接应用Pro/E软件形成的*prt文件,所以车架的几何模型完成后，进行安装转换接口。安装Pro/E与ANSYS软件转换接口。首先，鼠标点击“开始程序ANSYS10.0UtilitiesANS_ADM IN”,出现如下图的对话框,选择configuration optionsOK,接下来的对话框顺序选取。Configuration Connection for Pro/EOK，ANSYSMultiphysics & WIN 32OK。完成后ANSYS提示已在自己的安装目录中成功生成config.anscon文件，如下图所示，记下config.anscon的路径。在接下来出现的对话框中“Pro/Engireer Installation path”选项后输入Pro/E的起始安装路径如“C: / Program Files /proeWildfire3.0 ”，“Language used with Pro /Engineer”选项用默认的usascii，点击OK。出现对话框提示在Pro /E目录下建立了一个protk.dat文件。点击确定完成配置,运行Pro /E，工具菜单后面出现了ANSYS10.0，说明连接成功了。运行Pro/E打开某零件三维模型图，点击ANSYS10.0下的ANSYSGeom按钮(如下图所示)，则模型自动导入到ANSYS中，此时ANSYS10.0软件自动打开，点击Plot下的Volume，则模型导入成功。导入到ANSYS软件中的车架图如图3.8所示。图3.8车架在ANSYS中的几何模型3.2.2 shell单元的定义壳单元是结构分析中最常用的单元类型之一。当结构件两个方向的尺寸远大于另外一个方向的尺寸时，可以将这种3D构件理想化为2D单元以提高计算效率。ANSYS提供的壳单元有2D的shell151，shell161单元；3D的shell128，shell43，shell63，shell93，shell143，shell150，shell181单元。关于薄壳和厚壳单元，应如何选择合适的单元，下面有一些的规律：1.薄壳(例如SHELL63)不包括剪切变形，因此，如果是重要的应该使用厚壳单元，如SHELL143。2.厚壳的另一个特征是应力沿厚度不是线性变化的。3.对圆柱，r/t10时，使用薄壳理论的常用准则(r是圆环中心半径，t为环的厚度)。4.SHELL93不应用于r/t5的情况。最常用的一般壳单元是shell63，shell193，shell181。对非线性应用多用shell181。对复合材料多层板也常用shell181，shell181可以定义壳的截面，可以定义偏置，因此有优良的性能，广泛用于各类分析中。在车架有限元分析中可以根据不同的分析计算目的，选用不同的计算分析模型，常用的梁单元和板壳单元，尽管梁单元计算速度快，对硬件要求不高，但它的计算精度不高，所以一般都选用精度更高的板壳单元进行分析。 如图3.9所示，薄板厚度h的尺寸远小于长a、宽b的尺寸。平分板厚h的平面称为板的中间平面，简称中面。板弯曲后，中间平面变形成中间曲面，称为板的弹性曲面。中间平面上任意一点在垂直方向的位移称为挠度。与梁相似，通常以板的中面代表板作受力和变形分析。图3.9薄板示意图在受到垂直于板面的载荷作用后，薄板将发生弯曲变形。在分析薄板弯曲问题时有如下假定：薄板的法线产生弯曲后，仍保持为薄板弹性曲面法线；忽略板厚方向的正应力，且薄板厚度没有变化；薄板中面上的各点，没有平行于中面的位移。如图3.9所示薄板，坐标平面XOY位于板的中面。按照薄板弯曲的基本假定，板中各点的位移为 u= -zwxv=-zwyw=w(x,y) (3.1)式中u、v和w是板中某点对于坐标轴方向的位移分量。由式（3.1）可见，z=0即平板中面各点u=v=0，不产生平行于平面方向的位移。平板中面的挠度w可以表示板中各点的挠度，它与z无关。由几何方程=xyxy = uxvyuy+vx=-z2wx22wy222wxy (3.2)根据薄板简化假定，z略去不计，则 = xyxy = D=-zD2wx22wy222wxy (3.3) D = E1-21010001-2 (3.4)从平板理论可知，对微元hdxdy，作用的弯矩为Mx、My和转矩Mxy，它是正应力x、y和切应力xy在板截面上的合力矩。设Mx、My和转矩Mxy表示单位宽度上的内力矩，于是有 M = MxMyMxy = -h/2h/2zdz = -h312D2wx22wy222wxy (3.5)其中h薄板的厚度比较(3.4)和(3.5)，有 = 12zh3M (3.6)图3.10所示为Shell板壳单元示意图。它是一个弹性板壳4节点单元。该单元可以承受拉、压、剪等作用。单元的每个节点具有5个自由度，沿x，y，z轴的移动及绕x，y轴的转动。图3.10 Shell板壳单元自由度示意图另外，Shell单元有以下功能：整个单元表面的厚度可以按等参数变化；单元公式允许耦合的集中的两种形式的质量矩阵，但是耦合质量矩阵不包括与旋转相关的惯量；可以独立定义与平面内、弯曲、横向剪切以及平面与弯曲形态耦合相关联的各向异性弹性系数，可用来模拟不均匀复合材料板或者节点偏离的板。Shell单元的形状对计算精度影响较大，当扭转的形状比大20以内或弯曲的形状比在11以内时，Shell单元的计算精度在0.015内，在网格划分时应该注意。3.2.3 设置材料参数和属性启动ANSYS软件，设置分析类型为结构分析structure，然后设置有限元类型为shell63，设置材料参数，如表3.1。表3.1材料特性材料类型弹性模量EX(N/mm2)密度DENS(Kg/mm3)泊松比槽钢2.111057.8510-60.33.2.4 进行网格划分在ANSYS软件中有一种单元叫板壳单元。本文中采用的是板壳单元为shell63，shell63是一种代表性的板壳单元。它是一种常用的4节点单元，具有弯曲和薄膜特性。在每个节点有6个自由度，共有24个自由度。单元长度选取为50mm，采用自由网格划分，纵梁和横梁相接的部位在划分网格时要一体划分，这样可以保证零部件在有限元软件中的有效连接。划分完成后，再对受力集中部位进行网格细化，划分网格后的车架有限元模型如图3.5所示。图3.5车架有限元模型图3.6车架局部有限元模型3.3 本章小结本章以某中型载货汽车车架为研究对象，以有限元的基本理论为基础，综合运用Pro/E和ANSYS软件建立了基于板壳单元的车架结构实体模型和有限元模型，并简介了板壳单元shell63单元。利用shell63单元对车架有限元模型进行了网格划分，为下面要进行的车架结构分析做好了准备。第4章 车架的静力学分析汽车车架作为汽车一个重要总成，它不仅承担着来自发动机、底盘及货物的质量，而且还承受着来自各个方向的力和力矩。所以，车架的强度不仅关系到汽车的行驶，更重要的是直接关系到整车的安全性。本章采用ANSYS有限元分析软件，对其进行静态强度分析，为车架的设计提供理论依据。4.1 静力学分析基本概念和过程静力分析是计算在固定不变载荷作用下的结构的位移、应力、应变及反力等的大小，即讨论结构受到外力后的变形、应力和应变，以便对结构的强度、刚度进行校核，保证结构既安全、正常工作，又符合经济性的要求。静力分析主要从静力学（静力平衡条件）、几何学（位移协调条件）、物理学（胡克定理）三个方面对结构进行分析。无论处理什么问题，用有限元法进行结构静力分析的基本方程可以表示为：KD=P (4.1)式中：K经过约束处理的结构整体刚度矩阵；D待求解的整体位移向量；P与待求解整体位移向量对应的载荷向量。静力学分析的过程主要包括：单元分析整体分析约束处理静力方程求解单元的节点力、内应力和应力计算结果和后处理。另外，静力分析所施加的载荷包括：外部施加的压力和作用力、位移载荷、温度载荷、重力或离心力以及核膨胀中的流通量等。4.2 车架的载荷及处理4.2.1 车架受到的载荷汽车在行驶过程中，车架不仅受到由于自身重量产生的载荷作用，同时还受到主要载荷为弯曲、扭转、侧向载荷和纵向载荷等载荷的作用。弯曲载荷是由车架自身质量和货物、人员、底盘各总成等质量产生的载荷。扭转载荷是由于汽车行驶的路面不平而引起的车架非对称支撑产生的载荷作用。侧向载荷是由汽车转向时离心力产生作用的载荷。纵向载荷是由于汽车加速、制动时的惯性力作用产生的载荷。由于汽车主要有两种工作状态，一是静止；二是运动，所以汽车车架载荷按照作用状态可分为静载荷和动载荷。其中，静载荷是由于汽车在静止时，车架主要受到其簧上质量的作用，包括自重和车身的重量、车架上总成与附件质量及有效载荷组成，它们的和就称为静载荷。而动载荷则是由于汽车在行驶过程中要受到各种来自不同方向力和力矩的作用，这种作用可以是对称的，也可在是非对称的。所以动载荷可以分为对称动载荷和非对称动载荷。对称动载荷是汽车在平坦的道路上高速行驶时产生的，它的大小不仅取决于作用在车架的静载荷及其在车架上的分布，还取决于静载荷作用处的垂直加速度，受这种载荷的作用，车架会产生弯曲变形。相反，非对称动载荷是由于汽车行驶在道路崎岖路面上时，由于车轮可能不在同一平面上，因而产生非对称动载荷，它的大小取决于道路路面的不平度，及车架、车身和悬架的刚度，当受到这种载荷时，车架会发生变形。在计算过程中，动载荷的大小主要由动载荷系数来决定。动载荷系数由三个因素来决定：汽车的结构参数、道路条件和汽车行驶状况。动载荷计算公式为： n=1+K1+K2GC11+C2V2 (4.2)式中：K1前轮弹簧系统的刚度； K2后轮弹簧系统的刚度； G 车辆自重； C1道路系数； C2经验系数； V 车速。在实际加载时，可将车身自重，附件及装载质量乘以动载系数所得的动载荷施加在相应的节点上。4.2.2 载荷的处理本设计中对载荷处理时，由于车架自重可以通过施加垂直方向上的重力加速度进行施加；同时还有外加质量、底盘总成、发动机及货物质量等作用。其中，发动机可以简化为集中载荷作用在支撑的节点上，而货物则可以简化为均布载荷作用在纵梁上，驾驶员和乘客既可以简化为集中载荷，又可以简化为均布载荷，通常情况下每个乘客以65Kg计算。在本设计将发动机质量简化为集中载荷，货物和乘客则简化为均布载荷。为了便于分析计算，必须对载荷作适当的处理，以便施加于单元或节点上。因此，在进行添加载荷时，忽略其车架自重，再按将发动机质量简化为集中载荷，货物和乘客则简化为均布载荷进行添加载荷。由于没有整车的实际数据，所以本设计在施加载荷时，只施加了部分的载荷作用于车架上，包括发动机总成及水箱约为600Kg，驾驶室和乘员约为600Kg，货物等约为6100Kg。其中，各部分加载方式为发动机总成部分简化为集中载荷添加于相应的节点或单元上，而货物和驾驶室等则简化为均布载荷作用于整个纵梁上。4.3 车架的刚度理论基础汽车在行驶过程中车架承受着来自各个方向的力和力矩，所以车架既要有足够的强度，同时也要有足够的刚度。足够的刚度可以使装在车架上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶中保持不变或变形最小；车架有足够的刚度也可以保证其有足够的使用寿命，纵梁等主要部件在使用期内不应该有严重的变形和开裂。若刚度不够，则会引起汽车的振动和噪声，影响了乘坐的舒适性、操纵稳定性及汽车行驶安全性。然而扭转刚度也不宜过大，否则会影响汽车的通过性。所以，保证足够的刚度对汽车的寿命和使用有重大意义。4.3.1 车架的弯曲刚度为使汽车车架产生单位挠度所需的载荷，或载荷与所引的车架最大挠度值之比称为车架的弯曲刚度。其单位为N/mm。对于车架纵梁，其跨距中点受到集中载荷F，则车架纵梁的挠度最大值为Ymax=Fl348EJ (4.3)式中：J纵梁的抗弯刚度系数；E弹性模量；l汽车轴距；F纵梁中点受到的集中载荷； Ymax梁的最大挠度。4.3.2 车架的扭转刚度汽车的扭转刚度是指为使汽车轴距长度内的系统扭转单位角度所需的转矩，或为转矩与轴距长度内的转角之比。扭转刚度的单位是Nm/()。汽车车架的单位扭转刚度相当于扭杆的GJ。在汽车整体结构中，希望车架前后部分的扭转刚度大些，中间部分小些。驾驶室后围以前的这一段车架的扭转刚度大些有益于发动机及驾驶室的悬置。如发动机、驾驶室采用三点或菱形布置的悬置并通过软垫或螺旋弹簧固定，可进一步减小车架扭转变形的不利影响。另外，在这一段车架上还装有悬架和转向器，因此这一段车架变形也会影响转向的几何特性，对汽车的操纵稳定性也不利。包括后悬架在内的车架后部这一段的扭转变形，对汽车的乘坐颠簸程度、侧倾和稳定性、操纵稳定性及后轴的轴转向均有不利的影响，因此这段车架的扭转刚度应该大些。从驾驶室后围到后悬以前的这段车架的扭转刚度应该小些，以起到缓冲的作用，避免载荷集中，减小车架和悬架系统的载荷，并改善汽车在不平路面上的接地性。车架扭转刚度计算，通常以前、后轴的相对扭角为准。当汽车的某一车轮被路面上的凸起抬高时(见图4.1)，车架的轴间角为= 1+CFCS (4.4)式中：以轴间扭角表示的道路不平度； CF车架或车身的扭转刚度； CS悬架系统(包括车轮)的角刚度。图4.1车架的整体扭转对于一般货车，车架的扭转刚度CF较小，而板簧又较硬，当CF/CS=1时，=0.5，即车架与悬架的扭转角各占道路扭角的一半。4.4 车架的工况分析及约束的处理4.4.1 车架的满载弯曲工况利用ANSYS软件对满载静止于路面的车架有限元模型进行分析，分析计算时约束四个车轮垂直方向的位移，约束左前轮的纵向、横向位移，右前轮的纵向位移，左后轮的横向位移。车架弯曲工况约束条件如表4.1。表4.1 弯曲工况约束条件弯曲工况左前轮右前轮左后轮右后轮约束自由度UX，UY，UZUY，UZUX，UYUY释放自由度所有转动自由度该工况的分布步骤如下：定义结构类型，如图4.2所示。图4.2 定义结构类型 定义单元类型，如图4.3所示。图4.3 定义单元类型 定义材料属性，如图4.4所示。图4.4 定义材料属性定义划分网格单元大小，如图4.5所示。本设计中选取的单元大小为50所示。图4.5 定义网格单元大小 利用MeshTool工具栏划分网格，如图4.6所示。 图4.6 划分网格施加载荷和约束，如图4.7所示。图4.7 施加载荷和约束进行求解计算，如图4.8所示。图4.8 求解计算求解计算后的结果，如图4.9所示。图4.9 计算后结果图计算得到车架位移分布图和应力分布情况，如图4.104.12所示。图4.10纯弯曲工况车架位移图 图4.11纯弯曲工况车架应力分布图图4.12纯弯曲工况最大应力图汽车车架纵梁断面处最大弯曲应力为：=MdmaxW (4.5)W=6b+hht6 (4.6)式中：Mdmax 最大转矩； W槽形断面的纵梁在计算断面处的弯曲截面系数； h槽形断面的腹板高；b翼缘高；t梁断面厚度。汽车车架纵梁的弯曲应力不应大于其材料的许用应力=sn (4.7)式中：n安全系数，一般取为1.4； s材料屈服极限，车架的材料为16Mn，其取值为340360 MPa。由图4.10可以看出车架整体所受最大应力值为37.7MPa，小于材料的屈服极限。因此，当车架满载静止时，满足性能要求。但车架截面处变形太大，通过变形图可知，车架纵梁上剪力和扭矩分布不均匀，大量的载荷主要集中在中间。从设计的安全性及设计的优化方面考虑，应该重新考虑横梁的布局，并在适当的位置增设加强筋。从ANSYS系统分析出的车架变形图看，车架的第二到第四横梁间纵梁受的扭转力最大，这个部位也是支撑汽车后桥的主要承载点，即该部位的刚性直接影响汽车的安全性、承载性、行驶平稳性。所以，应该考虑该部位的抗扭性能，在变形比较大的地方增加横梁，这样会极大地提高汽车车架的整体刚性。4.4.2 车架的满载扭转工况由于汽车在不平的道路路面行驶，汽车在行驶过程将受到扭转载荷的作用，使汽车车架产生了非对称支撑。计算分析时约束四个车轮垂直方向的位移，左前轮处施加0.1m的位移，约束右前轮的横向位移，左后轮的纵向位移，右后轮的纵向、横向位移。如表4.2。表4.2 扭转工况的约束条件扭转工况左前轮右前轮左后轮右后轮约束自由度UY，0.1mUX，UYUY，UZUX，UY，UZ释放自由度所有的转动自由度计算得到车架位移分布云图和应力图，如图4.13、4.14、4.15、4.16所示。在满载扭转工况下车驾纵梁上的最大应力发生在车架被抬起的部位，在车架第一跟横梁和第二跟横梁之间。在此工况下，车架上纵梁的最大应力达到62MPa，取车架的安全系数为1.5。材料的屈服极限为280350MPa。=621.5=93在这种弯扭联合工况下，车架的总体应力值满足要求。图4.13满载扭转工况车架变形图一图4.14满载扭转工况车架变形图二图4.15满载扭转工况车架应力图图4.16满载扭转工况车架应力图4.4.3 车架的紧急刹车工况货车车架在使用中容易出现开裂等现象，这与车辆在使用过程中紧急制动有很大的关系。汽车在行驶过程中，由于工况的改变，车辆常常要加速或减速，这样就产生了惯性力作用。而惯性力的作用将使车架承受与行驶方向相反的载荷作用，其惯性力大小与制动减速度的大小有关。紧急制动工况下的约束条件为：约束前轮节点的三个平动自由度UX，UY，UZ，释放节点的三个转动自由度ROTX，ROTY，ROTZ；约束后轮处节点的垂直自由度UY和纵向自由度UZ，释放节点其它各自由度，如表4.3。表4.3 紧急制动约束条件紧急制动工况前轮处后轮处约束自由度UX，UY，UZ，UY，UZ释放自由度ROTX，ROTY，ROTZ其它自由度此时车架的应力和位移分布分别如图4.174.19所示。图4.17 制动工况车架变形图图4.18 制动工况车架应力云图图4.19 制动工况最大应力处截图在紧急制动工况下，从图4.19中可以看出车架纵梁上最大应力发生在前轮后支撑处，车架纵梁上最大处的应力值为41.2Mpa小于材料的屈服强度，所以满足要求。4.4.4 车架的紧急转弯工况当汽车满载进行转弯过程中，车架将受到侧向离心力的作用而产生侧向载荷。由于离心加速度的大小是由转弯半径以及汽车的行驶车速决定，同时在转弯过程中必然有减速的过程，所以一定有减速加速度作用。作为近似计算，通过在横向施加一个侧向加速度0.5g和在纵向施加一个减速加速度0.5g来模拟左转弯工况。此外，离心力的大小还受到车载质量的影响。紧急转弯工况下的约束条件：约束左前轮装配位置处节点的三个平动自由度UX，UY，UZ，释放该节点处的三个转动自由度ROTX，ROTY，ROTZ；约束右前轮处节点的垂直方向自由度UY、纵向自由度UZ，而释放该节点处的其它自由度；约束后轮处节点的垂直方向自由度UY，释放其余所有自由度。此工况的约束条件如表4.4。表4.4 紧急转弯工况约束条件紧急转弯工况左前轮右前轮后轮约束自由度UX，UY，UZUY，UZUY释放自由度其它自由度计算分析得到的位移图和应力分布图如图4.204.22所示。图4.20 紧急转弯工况车架位移图紧急转弯工况下车架中所选各关键点处的应力和位移值如图4.21所示。从图4.22中看出，车架的纵梁中应力比较大的部位分布在第三根横梁与第四根横梁之间，最大应力为38.6 MPa，小于材料的屈服强度。图4.21 紧急转弯工况应力分布图4.22 最大应力处截图4.5 本章小结本章首先介绍了有限元静力学分析的基本理论和基本方法，然后对车架在四种工况下进行了有限元静力学分析，选择了满载弯曲、满载扭转、紧急制动和紧急转弯四种工况，在各工况下施加了相应的载荷、约束和边界条件，通过计算分析找出了车架在各种工况下的应力分布、位移变化图等，得到了车架的强度、刚度特性。通过计算，车架纵梁的强度和刚度特性很好，可以将其厚度适当减小以减轻整车质量和节省材料，从而减小制造成本，提高市场竞争力。在四种工况中，满载扭转工况下车架的变形量相对较大，容易造成车架的开裂，故而在汽车的行驶过程中要尽量避免该情况的发生。本章的计算为车架的优化设计和车架结构的改进提供了依据。结 论随着计算机辅助设计技术的发展，ANSYS有限元分析的方法越来越被重视，分析的能力也将越来越增强，将为汽车企业降低开发成本，迅速应对市场变化，做出巨大贡献。本文成功应用ANSYS10.0分析某货车车架的各种危险工况的应力和位移分布，为下面的动态分析、优化设计和改进提供了依据。得到了以下结论：通过学习、消化和吸收，对Pro/E软件和有限元分析软件ANSYS特点及功能等进行了介绍，并说明了Pro/E软件建立的有限元模型生成ANSYS输入文件的方法。运用Pro/E软件以及ANSYS建立基于板壳单元的车架结构有限元模型，缩短了前处理的工作时间，提高了有限元分析的效率。对车架结构建模中的关键性问题进行了研究，主要包括车架结构的简化、车架结构的约束问题以所加载载荷的简化等。在进行网格划分时，选用了精度高的板壳单元shell63。运用ANSYS对车架结构的静力学特性进行了分析，并对分析过程步骤进行了规范化。通过对车架的满载弯曲、极限扭转、紧急制动和紧急转弯四种典型工况的静态分析，找出了车架在各种工况下的应力分布、位移变化等。通过分析，掌握了车架结构的特性，对分析过程的规范化缩短了车架结构有限元分析的时间，提高了工作效率。Pro/E和ANSYS为车架的结构静力学分析提供了良好的基础，它们对车架结构的相关研究具有非常重要的工程价值。同时，为优化设计提供了理论依据，最终在满足要求的前提下，达到了优化车架结构，节约原材料，降低制造成本，提高市场竞争力的目的。参考文献1 孙启会，闵鹏.有限元法在汽车车架分析中的应用.重型汽车，2001，(5)：20-212 刘惟信汽车设计北京：清华大学出版社，2001.73 张洪信有限元基础理论与ANSYS应用北京：机械工业出版社，2006.14 黎西亚,李成刚,胡于进. 车架有限元分析技术发展综述J. 专用汽车 ,2001，(01) 5 周长城，胡仁喜，熊文波ANSYS11.0基础与典型范例北京：电子工业出版社，2007.106 段进，倪栋，王国业ANSYS10.0结构分析从入门到精通北京：兵器工业出版社，2006.107 黄天泽，黄金陵汽车车身结构与设计北京：机械工业出版社，2007.128 孙江宏.精通Pro/E-典型实例、专业精讲. 北京：电子工业出版社，2006.109 刘齐茂. 某型载货车车架结构的优化设计J. 广西工学院学报 , 2004,(04) .10 马迅,盛勇生. 车架刚度及模态的有限元分析与优化J. 客车技术与研究 , 2004,(04) .11 刘胜乾, 顾力强, 吕文汇. 军用某型牵引车车架静动态特性分析J. 机械 , 2006,(04) 12 尹辉俊,韦志林,沈光烈,. 货车车架的有限元分析J. 机械设计 , 2005,(11) . 13 钟佩思, 赵丹, 孙雪颜, 魏群. 基于ANSYS的汽车车架的建模与模态分析J. 机械设计与制造 , 2008,(06)14 沈炜良, 边立静, 伍建华. 重型载货汽车车架的结构分析及优化设计J. 广西大学学报(自然科学版) , 2007,(03) 15 林丽华, 柴俊霖. ANSYS在东风EQ140汽车车架刚度分析中的应用J. 内蒙古公路与运输 , 2006,(04) 16 严云. 基于ANSYS参数化设计语言的结构优化设计J. 华东交通大学学报 , 2004,(04)17 巢凯年用ANSYS有限元软件计算客车骨架强度四川工业大学学报，2001，1：232518 Luque P，Mantarar DA. Pneumatic suspensions in semi-trailers. Heavy Vehicle Systems，2003，10：30932019 Cicek Karaogh N. Sefa Kuralay Stress analysis of a truck chassis with riveted jointsJ. Finite Elements in Analysis and Design，2002，38（10）：1115113020 Carroll，G F. A Primer for Finite Element in Elastic Structures.Wiley，2000致 谢本设计是在导师石美玉副教授的指导下完成的。从设计的选题，软件学习，理论研究，直到最后的设计论文撰写，都得到了导师精心指导和帮助。导师渊博的学识、严谨求实、富于创新的治学态度和忘我的工作精神给我留下了深刻的印象，将使我终生受益。他严格要求自己的学生、督促我认真对待研究，在我的论文中凝结了老师的心血和汗水。在此谨向导师表示衷心的感谢和崇高的敬意。在学习过程中，导师无微不至的关怀令我深深感动，在今后的学习、生活和工作中我将切实铭记导师的教诲。在此，衷心的感谢石老师对我的培养、教育、关心和支持！在论文写作过程中，赵老师、王老师等给予了我很大的帮助，在此向他们表示由衷的感谢！最后，衷心的感谢参与评阅论文的各位老师、教授！要感谢多年来支持我寒窗苦读的家人和朋友，尤其是父母亲的关心、理解和帮助使我顺利地完成学业。附 录附录A 外文文献中英文翻译Application of Finite Element Analysis of Heavy Vehicle FramesAbstract: With regard to the structure characteristic of heavy vehicles frame, the development of finite. Element method is discussed detailedly, and the major research direction of the structure analysis of frame. By finite element method is introduced. In the end some existing problems in this field and put far ward.Key words: vehicle frame; finite element method; stiffness and strength; structure1. Finite element mesh modelingFinite Element Modeling technology has undergone manual delineation of the main grid and geometry-based mesh generation in two stages.Early finite element mesh is hand-built beam element, because the scale is simple, fast calculation of the technical staff have been recognized, a frame model can be used about 100 nodes. Model in order to reduce the size of the original model needs to do a certain degree of simplification, such as instead of using straight beam curved beam, eliminating the non-carrying parts (shock absorber and spring stent block limit, etc.), a round face and the whole table components shoulder, the merger is similar to the node and so on, a shown in Figure 1. Although the beam element model using finite element analysis of deformation can be better, but the ability of stress analysis is limited. In addition, the beam element can not reflect the beam and the longitudinal stress distribution in the joint region, and neglecting the cross-section warping torsion deformation.The emergence of shell element beam element model made up for deficiencies. The use of beam elements and shell element model in a combination of geometry and mechanical properties more close to the real structure. Figure A1 hand-built model of beam elements.As shown in Figure 2, the model can be considered forms of welding, bolts or rivet locations, crimping processes, such as cross-support structure different. Although this model of storage in terms of scale or from the calculation of time-consuming and requires quite high, but with the computer and software technology, to achieve this goal has been difficult not to become.Figure A2 shell model manual delineationFinite element model with the larger-scale, finite element analysis of pre-treatment process to occupy an increasingly large proportion. This is the time and greatly increased the workload on technical staff burden. Therefore, the basis of CAD Modeling the emergence of a new method of mesh geometry-based mesh generation method. Based on the fastest and most effective method. Grid size can be directly on the edge, surface, the definition of entities, physical changes will be automatically reflected in the grid nodes and the unit, greatly improving the control of the grid size flexibility. Finite element mesh size on the calculation of unit have a great impact on accuracy, in general, the more finite element mesh density, exact solutions of the numerical approximation, the better, but the more detailed calculation of the grid needs the higher cost. Pointed out that the number of model units required is the cost of accuracy and calculation results of phase equilibrium, this result depends on the mature of the structure, as well as the analysis of the type of boundary conditions. Li D exinand others in heavy-duty truck frame SX360 mesh with 20 20 mm refining unit to simulate the variable cross-section area of 80 80mm with a general unit to simulate the rest of the region, with the transition element to connect the general unit cell and refined to ensure the accuracy of finite element method.1.2. The boundary conditions imposed by the frame technologyFrame to a large extent the success or failure of the calculation depends on the boundary conditions. Different analytical model determines the condition of the load and bound forms. In accordance with the actual operation of the vehicle at the time of the forces, the stress analysis of the frame generally only consider pure bending to reverse the condition and bending combination of working conditions(the condition of bending and torsion). Pure bending case is the four wheel vehicles in the same horizontal surface in a static state or a state of uniform linear motion at the time of stress conditions, work of bending and torsion refers to the status of the right front vehicle lifted 332mm, the left rear wheel 172 mm lift force at the time of working condition.As a result of model simplification and solution of various restrictions, the early frame structures just outside the set in order to concentrate the load imposed in the form of a node, but such as the distribution of the pressure load imposed in the form of a node, but such as the distribution of the pressure load will require other methods. In fact, traffic because of the complicated and ever-changing driving conditions, vehicle load is complex and diverse load main frame include the following the frame and between the cargo payload, crew cab and the load ,power train dynamic incentives, dynamic suspension system of incentives, fuel tank and other heavy-duty role in the annex. They have a static load is also dynamic loads, which frame their own self-respect by the system based on material automatic processing for the distribution of the proportion of load to the structural load, while the weight room, and the crew ,as well as the annex to the weight of car can focus on the quality of the form imposed on the vehicle chassis, the location of its center of gravity, as well as the connection between the frame parts with multi - points assessed to the appropriate constraints on the node. Because the force is static, and the role of points are known, which can play a simplified finite element reduces the role of the scale. similar to the simplified analysis in the frame there are many , such as the truck frame through leaf springs and wheels connected to the tire deformation due to the relatively small, can be dealt with through the suspension spring to the frame connected with the earth. In certain works meet the conditions of the accuracy of this simplification is feasible. Imposed load that should be imposed to avoid the emergence of concentrated load, as a concentrated load is idealized situation, it will produce a stress concentration of infinity. The preferred approach is used to impose an equivalent uniform load and Encryption around to replace the grid to the danger point in the vicinity of the stress of the situation better. The boxes between the frame and the equivalent load, Li-Qiong-hui and the quarter million of this to explore in detail to address the goods box beam transmission to the frame as well as cargo between long ton land frame of the distribution of power. Past frame finite element calculations generally do not consider the structure of the form of boxes, the only uniform the form imposed on the vehicle chassis. This simplified calculation, the stress values larger than the experimental values.By experiment that the boxes with the frame longitudinal beam bending is common to suffer, and therefore the structure of the form of boxes, as well as frame stiffness characteristics of deformation and a great of force in order to form. In addition, the frame strength of the location of cargo load mobile also changing the rear in the rear overhang and the former hanging down the front of the role of the vertical load, the frame on the main stress is negative stress. The emergence of shell element beam element model made up for deficiencies. The use of beam elements and shell element model in a combination of geometry and mechanical properties more close to the real structure. This is effective in improving the stress distribution frame to provide a reference. Solving the balance equation of the frame, the need to have enough constraints to eliminate rigid body displacement of the whole frame in order to avoid the singularity of stiffness matrix, obtained due to the power of the frame caused by the displacement node, but not too much structure can be bound frame. Frame is in fact bound by the conditions of suspension connected with the earth and tires to achieve and, therefore, ignore the deformation of the tire can be bound directly under the suspension of the endpoint. Suspension stiffness and the overall stiffness of the frame to be much smaller than, or only constraint suspension can not guarantee that the frame does not occurrence of a rigid body displacement can be imposed in the frame at both ends of the soft spring in different directions to achieve equilibrium of the frame.1.3. Connectivity and interaction between components of the simulationSince the base model and the calculation accuracy of the requirements are different, the characteristics approach to connect there are significant differences. Past practice is the use of rigid connections to replace the flexible connection, or to frame as a whole to deal with spare parts. Such treatment and the actual situation in a greater error, the frame structure increases the stiffness and strength. If we do not consider the parts of the assembly and overlap between the role of the stiffness of connections may be greater than the actual situation in a few hundred times or even ten times. At present, complex and changeable road vehicles, and high speed, rivet and bolt failure, the phenomenon of multi-occur, to analyze the reasons may be the vehicle by reversing the time frame to produce stress concentration. Rivet has been greatly caused tension. This is effective in improving the stress distribution frame to provide a reference. Usually the strength of the frame to play a decisive role is to connect the region stress that if the neglect of flexibility ujunction will not be able to accurately calculate the stress distribution in the region, brought the error to the calculated results. In fact the role of pre-stressing force in the bolt under the self-locking, screw-week point to point broadly in line with bolt coordinate displacement, the beam element can be used with a combination of multi-point connections bound approach, as shown in Figure 3.Beam element can be reflected in the tension and compression and shear deformation, used to simulate the contact algorithm to calculate the stress and deformation results closer to the actual situation, junction exists as a result of a certain degree of stress concentration, the total stress large junction, calculated by the frame tends to be more security. But it will certainly bring an increase in computing time and resources spent.Figure A3 bolts to connect analogFor the simulation of welding. Department as a result of the relatively large stiffness, the relatively large stiffness, the solder joints and surfacing will be treated as rigid units and multi-point constraints. Found by calculation, simulation of the impact of solder joints is a major factor in the accuracy of inter-spot spacing. When a smaller distance between nodes, the use of rigid units and the use of multi-point bound is very close to the calculated results, and when the distance between nodes is larger, rigid unit soft side, and the more rigid constraints are partial. At present, a number of general business software such as the corresponding Virtual-Lab have developed a powerful welding cell library, not only can consider the difference between spot and seam, as the angle can also choose to welding, T-shaped solder welding different forms is also a very high accuracy. 有限元技术在载货车辆车架分析中的应用摘要：详细阐述了有限元方法在载货车辆车架结构分析中的关键技术应用,介绍了有限元方法在车架结构分析方面的主要研究课题,最后提出了该领域存在的一些问题.关键词:车架；有限元；刚强度；结构1.1 有限元网格建模技术有限元建模技术的发展主要经历了手工划分网格和基于几何体生成网格两个阶段。早期的有限元网格是采用梁单元手工建立的，因其规模简单，计算快捷而得到了技术人员的认可，一个车架模型可以用100左右个节点来构成。为了降低模型的规模，需要对原模型做一定的简化，如用直梁代替曲梁，省去非承载件(减振器支架和弹簧限位块等)，圆整构件表面孔及台肩，合并相近节点等，如图1所示。尽管采用梁单元模型进行有限元分析可以得到较好的变形结果，但应力分析的能力却是有限的。此外，梁单元不能很好地描述较为复杂的车架结构，难以反映横梁与纵梁接头区域的应力分布，且忽略了扭转时截面的翘曲变形。图A1手工建立的梁单元模型板壳单元的出现弥补了梁单元模型的缺陷。使用梁单元和板壳单元的组合模型在几何和力学特性上更加逼近于真实结构。如图2所示，该模型可以考虑焊接形式。螺栓或铆钉位置、卷边、突起、交支撑等不同的结构形式，尽管这种模型无论从存储规模上还是从计算耗时上要求都相当的高，但随着计算机和软件技术的发展，实现这一目标也已经不成为困难。图A2 手工划分板壳模型随着有限元模型规模的增大，有限元前处理在分析过程中占据了越来越大的比重。这在时间和工作量上大大增加了技术人员的负担。因此，在CAD建模的基础上出现了一种新型的网格划分方法基于几何体生成网格的方法。基于几何体的网格生成方法是生成有限元网格最快、最有效的方法。网格尺寸可以直接在边、表面、实体上定义，实体的变动会自动的反映到网格的节点和单元中，大大提高了网格尺寸控制的灵活性。有限元网格的单元尺寸对计算精度有很大影响，一般来说，有限元网格越密，对精确解的数值逼近就越好。但是，越是细密的网格需要的计算成本就越高。指出模型所需单元数目是求解精度和计算成本相平衡的结果，这一结果取决于结构的性质、边界条件以及分析类型。李德信等人在SX360重型自卸车架的网格模型中用2020 mm细化单元来模拟变截面区域，用8080mm的一般单元来模拟其余区域，用过渡单元来连接一般单元和细化单元的方法，保证了有限元计算的精度。1.2 车架边界条件的施加技术车架计算的成败很大程度上取决于边界条件的处理。不同的分析工况决定着模型的载荷与约束形式。根据车辆实际运行时的受力情况，车架的应力分析一般仅考虑纯弯曲工况和弯曲扭转组合工况(简称弯扭工况)。纯弯曲工况是指车辆的4个车轮在同一水平面上处于静止状态或匀速直线运动状态时的受力工况，弯扭工况是指车辆的右前轮抬起332 mm、左后轮抬起172 mm时的受力工况。由于模型简化以及求解方法的种种限制，早期的车架结构仅仅是把外载以集中载荷的形式施加在某个节点上，但像压力之类的分布载荷则需要其他方法。实际上，车辆行驶时由于行驶条件的复杂多变，车辆承受的载荷也是复杂多样的。车架承受的载荷主要包括以下几种：车架和货箱之间的有效负荷；驾驶室和乘员的载重；动力传动系的动态激励；悬挂系统的动态激励；燃料箱及其他附件的载重作用；车架自重。这些载荷有静态载荷也有动态载荷，其中车架本身的自重由系统根据材料的比重自动处理为分布载荷加载到结构上，而驾驶室和乘员的重量以及车载附件的重量可以通过集中质量的形式施加在车架上，其重心位置以及与车架间的连接部位用多点约束分摊到相应的节点上。因为这些作用力是静态的,且作用点均为已知,这种简化可以起到减小有限元规模的作用。类似的简化在车架分析方面还有很多,如载货汽车的车架通过钢板弹簧与车轮相连，由于轮胎的变形相对很小，可以处理为车架通过悬架弹簧与大地相连接。在满足一定工程精度的条件下这样的简化是可行的。施加载荷时应尽量避免在一点施加集中载荷的出现，因为集中载荷是一种理想化的情况，它会产生一个无穷大的应力集中。可取的方法是用施加等效的均布载荷且加密周围的网格来代替，以在危险点附近得到较好的应力状况。对于车架和货箱之间的等效载荷，历辉和季万琼对此做了详细的探讨，解决了货箱纵梁向车架的传力以及货箱纵梁和车架纵梁之间力的分配问题。过去对车架进行有限元计算时一般不考虑货箱的结构形式，相应的只是以均布力的形式施加在车架上。这种简化的计算结果，应力值一般比实验值要大。由实验得知，货箱纵梁与车架纵梁是共同来承受弯曲的。因此，货箱的结构形式以及刚度特性对车架变形和应力分布影响很大，且车架与货箱之间的作用力以集中力形式传递。此外，车架强度随货箱载荷作用位置的移动也发生着变化，在后悬后部和前悬前部作用垂直向下的载荷时，车架上的应力主要是正应力；而其它部位作用同样载荷时，车架上应力主要是负应力。这为有效改善车架应力分布状况提供了参考。求解车架的平衡方程时，需要有足够的约束条件以消除车架的整体刚体位移，才能避免刚度矩阵的奇异性，求出车架因受力而引起的节点位移，但是又不能使车架结构产生过多约束。车架的约束条件其实是通过悬架和轮胎与大地相连来实现的。因此，忽略轮胎的变形后可以直接约束悬架的下端点。悬架的刚度和车架整体刚度比起来要小很多，仅约束悬架还是无法保证车架不发生刚体位移，可以通过在车架两端施加不同方向的软弹簧来实现车架的受力平衡。1.3 部件连接以及相互作用的模拟由于计算模型和计算精度的要求不同，连接特征的处理方法也存在着很大的差异。过去的做法是使用刚性连接来代替柔性连接，或将车架当作一个整体零件来处理。这样处理和实际情况有较大的误差，增大了车架结构的刚度和强度。如果不考虑零件间的装配和搭接作用，连接处的刚度可能会比实际情况增大几十倍甚至上百倍。目前，车辆行驶路面复杂多变，而且车速又高，铆钉及螺栓失效、连接板撕裂现象多有发生。分析原因可能是汽车行驶时车架受到扭转，使连接板产生应力集中，铆钉受到很大拉力造成。通常对车架强度起决定作用的是连接区域的正应力，如果忽略连接处的柔度将无法准确计算该区域的应力分布，给计算结果带来误差。关于铆接和螺栓联接的模拟，通过分析比较，认为以点对点的方式建立螺栓单元夸大了连接部位螺栓点的局部应力特征。实际上螺栓在预紧力作用下发生自锁，螺孔周向的点大致与螺栓点的位移相协调。因此，可以采用梁单元与多点约束相结合的连接处理方式，如图3所示。梁单元可以很好的反映出拉压和剪切变形.。采用接触算法来进行模拟，计算的应力变形结果更加接近实际情况。由于连接处存在一定程度的应力集中，使得连接处总应力偏大,计算得到的车架将更加趋于安全。但这样做必然会带来运算时间的增加和资源的耗费。图A3螺栓连接模拟对于焊接的模拟，由于焊接处刚度相对较大，所以将焊点和堆焊处理为刚性单元和多点约束。通过计算发现，影响焊点模拟精度的主要因素是焊点间的间距。当节点间距离较小时，采用刚性单元与采用多点约束的计算结果非常接近，而当节点间距离较大时，刚性单元偏柔软，而多点约束则偏刚硬。目前，一些通用商业软件如Virtual-Lab都相应开发了功能强大的焊接单元库，不仅可以考虑焊点和焊缝的区别，可以选择像角焊、T形焊等不同的焊接形式精确度也是相当高的。附录B 静力学分析命令流1 满载弯曲工况/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 09:58:12 06/07/2009/input,start100,ans,C:Program FilesAnsys Incv100ANSYSapdl,1 /inp,chejiamodel,anf ! /menu,on /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 WPSTYLE,0/REPLOT,RESIZE /RGB,INDEX,100,100,100, 0 /RGB,INDEX, 80, 80, 80,13 /RGB,INDEX, 60, 60, 60,14 /RGB,INDEX, 0, 0, 0,15 !* /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FLUID,0 KEYW,PR_ELMAG,0 KEYW,MAGNOD,0 KEYW,MAGEDG,0 KEYW,MAGHFE,0 KEYW,MAGELC,0 KEYW,PR_MULTI,0 KEYW,PR_CFD,0 /GO !* /COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural !* !* !* ET,1,SHELL63!* R,1,8, , , , , ,RMORE, , , ,RMORE RMORE, ,!* !* MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,2.06e5 MPDATA,PRXY,1,0.3 MPTEMP, MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,7.85e-6 wpoff,0,0,1850 VSBW, 1 FLST,2,2,6,ORDE,2 FITEM,2,2 FITEM,2,-3 VADD,P51X ESIZE,50,0, SMRT,6 MSHAPE,0,2D MSHKEY,0!* FLST,5,166,5,ORDE,21CM,_Y,AREA ASEL, , , ,P51X CM,_Y1,AREA CHKMSH,AREA CMSEL,S,_Y !* AMESH,_Y1 !* CMDELE,_Y CMDELE,_Y1 CMDELE,_Y2 !* /UI,MESH,OFFwpoff,0,0,-1850 /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST NSEL,S,LOC,Z,2800 FINISH /SOLFLST,2,2,1,ORDE,2 FITEM,2,73 FITEM,2,183 !* /GO F,P51X,FY,-6000 ALLSEL,ALL NSEL,S,LOC,X,435 /USER, 1 /REPLO FLST,2,6,1,ORDE,2 FITEM,2,137 FITEM,2,-142!* /GO D,P51X, , , , , ,UX,UY, , , , FLST,2,6,1,ORDE,2 FITEM,2,131 FITEM,2,-136!* /GO D,P51X, , , , , ,UX,UY, , , , /FOC, 1, 435.000000000 , 77.4078412909 , 1984.70915600/REPLO /FOC, 1, 435.000000000 , 79.4999451096 , 2263.65633182/REPLO /FOC, 1, 435.000000000 , 110.184134450 , 2541.20877176/REPLO /FOC, 1, 435.000000000 , 170.855145192 , 2922.66903470/REPLO FLST,2,12,1,ORDE,2 FITEM,2,119 FITEM,2,-130!* /GO D,P51X, , , , , ,UX,UY,UZ, , , ALLSEL,ALL NSEL,S,LOC,X,-435 FLST,2,12,1,ORDE,2 FITEM,2,9 FITEM,2,-20 !* /GO D,P51X, , , , , ,UY,UZ, , , , FLST,2,12,1,ORDE,2 FITEM,2,21 FITEM,2,-32 !* /GO D,P51X, , , , , ,UY, , , , ,ALLSEL,ALL /DIST,1,0.924021086472,1/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST VPLOT /PNUM,KP,0 /PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,1/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0 !* /PNUM,ELEM,0!* /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST /PNUM,KP,0 /PNUM,LINE,0/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SVAL,0/NUMBER,0 !* /PNUM,ELEM,0!* EPLOT FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,155 /GO !* SFA,P51X,1,PRES,6000FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,157 /GO !* SFA,P51X,1,PRES,6000FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,171 /GO !* SFA,P51X,1,PRES,61000 FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,173 /GO !* SFA,P51X,1,PRES,61000 !* ANTYPE,0/STATUS,SOLUSOLVE /POST1 PLDISP,1!* /EFACET,1 PLNSOL, S,INT, 0,1.0FINISH ! /EXIT,NOSAV 2 满载扭转工况/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 10.0 UP20050718 15:49:23 06/02/2009/input,start100,ans,C:Program FilesAnsys Incv100ANSYSapdl,1 /inp,chejiamodel,anf! /menu,on /GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1 /REPLOT,RESIZE WPSTYLE,0/REPLOT,RESIZE VPLOT /RGB,INDEX,100,100,100, 0 /RGB,INDEX, 80, 80, 80,13 /RGB,INDEX, 60, 60, 60,14 /RGB,INDEX, 0, 0, 0,15 /REPLOT SAVE!* /NOPR /PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 KEYW,PR_THERM,0 KEYW,PR_FL