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淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第1页共32页目录1引言......................................................................................................................................................21.1课题的研究意义..............................................................................................................................21.2有限单元法的概述..........................................................................................................................31.3行李牵引车关重件的有限元分析的现状与发展趋势...................................................................41.4本文的主要研究内容......................................................................................................................52有限元法基本理论及软件..................................................................................................................52.1有限元法的变分原理基础..............................................................................................................52.2有限元分析软件ANSYS简介..........................................................................................................62.3有限元软件分析流程......................................................................................................................83有限元模型的建立..............................................................................................................................93.1车架几何模型的建立......................................................................................................................93.2车架有限元模型的建立................................................................................................................103.3转向轴几何模型的建立................................................................................................................143.4转向轴有限元模型的建立............................................................................................................154静力分析............................................................................................................................................164.1静力分析基础................................................................................................................................164.2刚度理论基础................................................................................................................................184.3车架静力工况分析........................................................................................................................194.4车架模态分析及其ANSYS实现过程............................................................................................234.5转向轴的静力工况分析................................................................................................................28结论........................................................................................................................................................30致谢........................................................................................................................................................31参考文献............................................................................................................................................32淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第2页共32页1引言1.1课题的研究意义随着高新技术的不断发展，行李牵引车逐渐向系列化、模块化、轻量化、小型化、电子化(自动化、智能化)及个性化发展。在保证能够安全有效的完成作业的同时，减轻车辆的质量，这意味着节约了能源和材料，这将是我国行李牵引车的发展趋势，是与外国技术接轨的一个很重要的途径。目前，汽车整车制造市场竞争激烈，行李牵引车的制造技术不断的发展，完善，再加上市场对牵引车的需求不断的加大，对行李牵引车的要求变大，种类变多，所以行李牵引车的质量和结构形式直接影响车身的寿命和整车性能如动力性、经济性、操纵稳定性。车辆设计中，在满足重型载货车运营中对底盘的刚度、强度及工艺改造等因素要求的同时，应当尽可能减轻它们的质量和降低制造成本。行李牵引车关重件主要由车架和其它承载车辆重量的构件组成。而车架是整个底盘结构的重要构件，起到承载整车质量、传导地面反力和装载底盘其它构件的作用，因此对车架结构进行研究显得十分重要。车架也称大梁，车架是汽车各总成的安装基体，它将发动机、底盘和车身等总成连成一个整体，即将各总成组成为一辆完整的汽车。同时，车架还承受汽车各总成的质量和有效载荷，并承受汽车行驶时所产生的各种力和力矩，即车架要承受各种静载荷和动载荷。一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。车架在实际环境下要面对4种压力即：负载弯曲、非水平扭动、横向弯曲、水平棱形扭动。要评价车架设计和结构的好坏，首先应该清楚了解的是车辆在行驶时车架所要承受的各种不同的力。如果车架在某方面的韧性(stiffness)不佳，就算有再好的悬挂系统，也无法达到良好的操控表现。同样，车架的刚性对汽车的性能有很大的影响。影响车架刚性的外力，通常是来自于路面摩擦力以及加减速或过弯时产生的G值。汽车由于引擎及底盘设计不像现在发达，轮胎的抓地力也不如今日优异，因此车架刚性的重要性并不容易被关注。但是市售车所搭载的引擎已有不错的动力，而且轮胎有与地面的摩擦力更好的辐射层构造，低扁平薄胎与大直径化的设定也成为了市场的主流，因此在动力有所提升、轮胎与悬挂所承受的负荷增大并且转移至车架的情况下，车架本身承受的负荷肯定也会大幅提高。淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第3页共32页行李牵引车车架静力学分析主要包括弯曲和扭转两种工况，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，利用大型通用有限元分析软件ANSYS对某车型车架在弯曲、扭转两种工况下进行力学分析，得出了在弯曲和扭转工况下某轿车车架的刚度变化。并对不同荷载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。同时，行李牵引车关重件中的转向轴，对整车的性能也有很大的影响，转向轴要能够承受足够大的扭矩，即有足够的扭转刚度，以保证能够安全，稳定的将动力传递到转向轮。由此可见关重件对汽车的重要性，采用ANSYS对行李牵引车车架和转向轴进行结构优化设计，可以对结构的动态特性做出评价。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，精简等。1.2有限单元法的概述有限单元法（finiteelementmethod，FEM），简称有限元法，是以力学为基础，是力学，数学和计算机科学相结合的产物，是随着计算机方法和计算机技术的发展而迅速发展起来的一种数值计算方法，是一种解决工程实际问题的有力的数值计算工具，它几乎适用于求解所有连续介质和场的问题。经过近60年的发展，有限元的基本理论已相当成熟，一大批通用的专用有限元软件纷纷面世。伴随着广泛的学术交流和大量期刊文献的出版，借助于互联网信息的传递，有限元从高端走向普及，成为工程结构分析中最为成功，最为广泛和最为实用的重要工具。借助有限元分析技术已经成功地解决众多领域的大型科学和工程计算问题，几乎所有工程领域都在使用有限元法，汽车工程更不例外。有限元分析（finiteelementanalysis，FEA），简称有限元分析，是更为广泛意义上的计算机辅助工程（computeraidedengineering，CAE）的重要组成部分，事实上CAE的应用首先就是从有限元分析开始的。基于有限元技术的CAE软件，无论在数量，规模上，还是在应用范围上都处于主要地位。作为数值分析的代表，有限元分析已经成为继机车结构力学分析和汽车结构实验之后的另一个重要手段，由此形成了现代汽车产品设计方法，即设计-计算-实验的三步法。有限元分析不仅能够解决和验证传统