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南京林业大学本科毕业设计（论文）文献综述论文题目汽车车架弯曲工况和弯扭工况有限元分析院（系）：汽车与交通工程学院专业：车辆工程姓名：唐怡雯学号：101605222指导教师：周家付完成日期：2014-5汽车车架弯曲工况及弯扭工况有限元分析唐怡雯摘要：车架跨接在前后车桥上，是支承车身，承受汽车载荷的基础构建。汽车的绝大部分部件和总成通过车架固定位置，因此车架是汽车至关重要的一部分。车架工作状态比较复杂，无法用简单的数学方法对其进行准确的分析计算，有限元分析是现代工程设计中一种快捷有效地辅助工具，而采用有限元方法可以对车架进行较为准确的分析，从而找出车架设计中的薄弱不足之处使其得以完善。关键词：有限元分析；车架；ANSYS1前言随着计算机技术的发展，ANSYS技术广泛应用于传统的机械行业。汽车车架是整车主要承载结构，是汽车至关重要的一部分。有限元法在汽车领域的应用已经显示出其优点，与传统设计方法不同，它不需要先制造样车，是一种高效低耗的分析方法，可用于汽车的设计、制造和改进过程中的结构强度的分析。由于计算模型与实际结构、工作情况比较接近，计算应力值比较符合实际，基本上能较准确的分析出车架的受力情况，从而可以分析计算出车架承受弯曲弯扭载荷时的易破坏点。2正文车架工作状态比较复杂，传统的材料力学和弹性力学的经验公式对简化的车架结构的分析达不到优化设计的目的。随着现代汽车设计要求的日益提高，将有限元法运用于车架设计已经成为必然的趋势。车架在各种载荷作用下，将发生弯曲，扭转等变形，传统的车架设计方法很难综合考虑汽车的复杂受力及变形情况，有限元法能很好的解决这一问题。有限元分析是一种预测结构的偏移与其它应力影响的过程，由于有限元法的一个独特的优点是可以求解结构形状和边界条件都相当任意的力学问题。因此，有限元法在车架设计中得到了越来越广泛的应用，并取得了实际的效益。有限元分析具有模型修改方便，计算速度快的特点，而且能够模拟一些难以用实验模拟的工况，计算结果对力学因素的反应不受到试样材料缺陷和加工质量的影响，因而评估结果更清楚。2.1车架有限元的发展历史及研究现状早期，传统设计方法使用的材料力学公式很难计算出这种复杂构件的应力和变形状态[。在设计过程中不可避免的会造成连杆部分强度不合理的现象，达不到优化设计的目的。20世纪60年代以来，国外电子计算机迅速发展，有限元法在工程上获得了广泛的应用。有限元法以其独特的特点，能够对结构形状和受载方式复杂的构件进行分析，当时开始被应用在车架结构强度和刚度的计算中。当前国外各大汽车公司利用有限元软件进行车架结构静态分析，模态分析的技术已非常成熟，其工作重心已转向瞬态响应分析，噪声分析，碰撞分析等领域。我国是在七十年代末才把有限元法应用于车架的结构强度设计分析中。当前国内对于有限元法应用于车架结构分析的研究只限于对车架结构在静态扭转、弯曲载荷以及几种极限工况载荷作用下的分析，得出车架结构的静态应力分布，并对其进行了局部的修改，由于软硬件对计算机模型规模的限制，模型的细化程度不够，因而结构的刚度，强度分析的结果还比较粗略，计算结果多用来进行结构方案比较，离虚拟试验的要求还有相当大的差距。现代车架设计已经发展到包括有限元法、优化和动态设计等在内的计算机分析、预测和模拟阶段。计算机有限元技术与现代电子测试技术相结合已经成为车架研究中十分行之有效的方法。2.2汽车车架有限元研究基本内容本课题运用UG软件建立车架模型，利用ANSYS有限元软件对车架进行弯曲工况和弯扭工况的分析。具体实施步骤如下：①建立车架模型。用UG软件建立车架模型，然后倒入ANSYS有限元软件进行网络划分。②假设在车架装配条件下，在弯曲、扭转两种工况下，对车架的受力和变形进行静态有限元分析。③通过理论的力学分析，简化车架并分析车架在弯曲，弯扭工况下的受力与变形。④对车架进行强度分析，对比两种方法得出的分析结果，找出车架结构中需要改进的部位，依据分析结果提出改进方案。2.3运用UG，ANSYS技术研究车架的方法用UG软件建立三维车架模型，将模型导入ANSYS软件，对其进行有限元分析。导入ANSYS后对车架进行网格划分。网格划分是建立有限元模型的一个重要环节，它要求考虑的问题较多，需要的工作量较大，所划分的网格形式对计算精度和计算规模将产生直接影响。为建立正确、合理的有限元模型，在划分网格时应要注意网格数量和网格疏密。网格划分后用有限单元法对车架做有限元分析。有限单元法是一种很有效的数值计算方法，它可以对工程实际中几何形状不规则，载荷和支撑情况复杂的各种结构进行变形计算、应力分析和动态特性分析，这是经典的弹性力学方法所不及的。有限元法的基本思路是将无限个自由度的连续体离散成有限个且按一定方式相互联接在一起的单元组合，来模拟或者逼近原来的物体，从而将一个连续的无线自由度问题简化为离散的有限自由度问题求解的数值分析法。物体被离散后，通过对其中各个单元进行单元分析，最终得到对整个物体的分析。2.4有限元法在车架弯曲和弯扭工况中存在的问题①建立的车架有限元模型的精度是影响计算结果非常重要的因素，建立正确的有限元模型是有限元分析的关键，应经过多次试算并与实际情况相比较从而完善模型得到可信的结果过②采用适当的有限元模型，对车架结构进行静态分析，但对车架结构进行有限元动力响应分析的研究目前还不是很成熟。③设计既满足性能要求，质量轻的车架已经成为车架优化设计的主旨，如何搞好车架结构的优化设计还有待研究[11]。3、结论有限元法已经成为现代车架设计的重要工具之一，利用ANSYS软件对所研究的车架进行弯曲工况和弯扭工况的分析，为车架的设计提供理论的支持。本课题从车架的强度分析入手，分析了车架的应力和变形。使用ANSYS软件是对零件进行有限元分析的主流技术。本文以某一汽车车架为研究对象，开展了有限元的研究。借助大型通用有限元分析软件ANSYS来进行分析，使前后处理既快捷方便，又比较直观。同时考虑了车架的疲劳安全系数和变形，可以对车架结构进行合理设计，得出的该车架在工作过程中的应力和变形分布图，并以该分布图指导了车架的设计，提高使用可靠性。参考文献[1]张云杰,张艳明.AutoCAD2010基础教程.第1版.[M].北京:清华大学出版社，2010.7.1.[2]何经纬等.AutoCAD2013中文版完全自学手册.[M].北京：机械工业出版社，2013.1[3]王望予.汽车设计.第4版.[M].北京：机械工业出版社，2010.1.[4]蔡兴旺.汽车构造与原理.第2版.[M].北京:机械工业出版社，2010.1.[5]陈家瑞.汽车构造.第三版.[M].北京：机械工业出版社，2009.2.[6]潘公宇,商高高.车辆优化设计理论与实践.[M].北京：北京大学出版社，2013.7[7]张洪伟,高相胜,张庆余.ANSYS非线性有限元分析方法及范例应用.[M].北京：中国水利电力出版社，2013.4.1.[8]展迪优.UGNX8.0快速入门教程(修订版).[M].北京：机械工业出版社，2013.1[9]詹友刚,展迪优.UGNX8.0模具设计教程.[M].北京：机械工业出版社，2012.1[10]王新敏，李义强，许宏伟.ANSYS结构分析单元与应用.[M].北京：人民交通出版社，2011.9.[11]张洪才,孙长青.ANSYS14.0/FLOTRAN理论解析与工程应用实例.[M].北京：机械工业出版社，2013.8.[12]胡仁喜等.ANSYS13.0机械与结构有限元分析从入门到精通.第2版.[M].北京:机械工业出版社，2011.3.[13]张洪信,赵清海等.ANSYS有限元分析.第2版.[M].北京:机械工业出版社，2008.3.[14]刘鸿文.材料力学.第五版.[M].北京：高等教育出版社，2011.1.[15]M.A.Groeneweg，R.Ahuja，R.F.Pfeiffer，T:NBezue，“CurrentAPPlicationofFiniteElementAnalysistoDieselEngineComPonentDesign”.SAEPaper870813[16]DongSooJeong，HeonohChoi，NakWonSung，ZinHyong，“TheFiniteElementAnalysisandExperimentalStudyontheThermalLoadingofthePistonforAnlntemalCombustionEngine”,SAEPaper891346[17]JianCao,BradL.Kinsey.Nextgenerationstampingdies—controllabilityandflexibility[J].RoboticsandComputer-IntegratedManufacturing,2004,17(1-2):49-56.