1. 研究目的与意义
车架也就是俗称的大梁,车架是汽车安装的基体,它将发动机、底盘和车身等连成一个整体。同时,车架承受着汽车各组成部分的质量和有效载荷,并承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩。汽车车架静力学分析主要包括弯曲和扭转两种情况,这是评价车架质量最重要的指标。采用牵引力学理论及有限元原理,利用有限元分析软件ANSYS对某车型车架在弯曲、扭转两种情况下进行力学分析,得出了在弯曲和扭转的情况下某轿车车架的刚度变化。并对不同载荷情况下的车架不同部位的应力、位移进行较为全面的数值模拟,为对车架的强度分析提供参考和依据。
由此可见车架对汽车的重要性,采用ANSYS对汽车车架进行结构优化设计,可以对结构的动态特性作出评价。同时对车架的模态分析结果进行验证,使车架结构在原有基础上得以分析并优化,以保证车架的安全性精简性等。2. 国内外研究现状分析
当今,对车辆轻量化和车辆强度的研究越来越精细,计算机应用也比较普遍,国内外汽车行业已经将有限元分析方法应用于车架强度计算。在国外,从60年代起就开始运用有限元法进行汽车车架结构强度和刚度的计算,R.J.Melosh, K.Kirioka和T.Hirata等人在70年代就在美国杂志上发表了一系列关于汽车有限元模型的文章。当前国外各大汽车公司利用有限元软件进行车架结构稳态分析、模态分析的技术已经十分成熟,随机激励响应分析、瞬态响应分析、噪声分析和碰撞分析等问题日渐成为他们研究的重点。
在汽车设计的早期阶段进行试验测试是费时和昂贵的,为了降低成本,通过软件数值模拟的方法来进行优化设计显得越来越重要。2010年Ojo Kurdi等人使用子建模技术对锈蚀的卡车底盘进行有限元分析,实现了底盘的轻量化,提高了元件的使用寿命,节省了开发成本同时提高了开发效率。
国内大约在上个世纪七十年代才把有限元法应用到车架的结构强度设计分析中。虽然国内在车架分析中应用有限元法比较晚,但随着计算机技术的快速发展和国家综合技术水平的提高,有限元分析方法在国内汽车领域得到了长足的应用与发展,尤其是近几年各个高校和研究机构更是取得了丰硕的研究成果。3. 研究的基本内容与计划
1~3周(2月24日~3月5日)收集资料,了解国内外不同车架的研究方法和现状,完成文献综述和开题报告。
4~7周(3月12日~4月2日)掌握汽车车架的结构特点与工作原理。学习ansys分析软件,在ansys软件中建立车架的有限元模型。对汽车车架进行有限元静动态分析。
8~13周(4月9日~5月7日)结果分析,开始撰写论文.
4. 研究创新点
1)根据车架在弯曲工况下的应力分析结果,得出车架左纵梁位置应力曲线,应用该曲线能够方便快捷的指导车架结构设计、形貌和尺寸优化。
2)通过谐响应分析研究了路面不平度激励和发动机激励对车架振动特性的影响;针对车架轻量化和提高车架的低阶模态频率,提出了两种优化方案,较好的实现了优化目标,为类似车型研究和新车型的开发提供了参考。