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1、载重汽车车架有限元分析及优化重庆交通大学硕士学位论文载重汽车车架有限元分析及优化姓名:孙艳鹏申请学位级别:硕士专业:载运工具运用工程指导教师:钟厉20080401摘要汽车工业随着国民经济发展和交通运输体系的全面建立得到了飞速发展。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,并且汽车上许多重要总成件都是以车架为载体。因此车架的强度和刚度在汽车总体设计中起到了非常重要的作用。本文基于软件建立了车架结构的实体模型,利用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
2、况下的静态强度进行了分析。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。然后,对车架进行了模态分析,计算出车架的模态振型与相应的固有频率,通过固有频率与振型从整体上考虑车架的局部强度问题。最后,对车架的纵梁进行参数化建模,以车架纵梁截面尺寸作为设计变量,以车架总体积为设计目标,运用软件优化模块,得到了最优化的车架纵梁截面尺寸,降低了车架的质量,节约了原材料。本文的研究结果表明有限元法和软件为车架结构及动力特性的仿真以及优化设计提供了良好的基础理论及方法,为研究整车振动、疲劳和噪声
3、等问题奠定了基础,对厂家的生产实践具有指导意义。关键词:车架;有限元;模态分析;结构优化,.,....,,..........,,.:;;;重庆交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:.烈,辜色脚锈日期:≯口年争月/弓日重庆交通大
4、学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。指导教师签名:学位论文作者签名:荆,辛色稂兔饿西日期:刎孑年够月仔日日期:工口侈年月弓日第一章绪论第一章绪论弟一早珀匕.概述汽车作为交通运输工具之一,在人们的日常生活中发挥着非常重要的作用。随着国民经济的快速发展,汽车工业
5、也得到了飞速发展,在现代化发展的今天,生产出结构轻、性能好、质量高、用途广、安全可靠的汽车,成为了厂家和客户共同关注的焦点。汽车作为工程领域的一个分支,面临很多问题和困难,包括复杂的几何形状、复杂的载荷作用以及复杂的支承约束等。在实际汽车结构设计中,安全性是首要的,在保证安全的前提下,又要使车架的结构合理,便于加工和装配,同时也要减少材料的量。这需要对车架的强度进行分析,通过强度分析,有针对地对一些主要构件进行结构优化设计。早期汽车所使用的车架,大多都是由笼状的钢骨梁柱所构成的,也就是在两支平行的主梁上,
6、以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体在车架之上,至于车门、沙板、引擎盖、行李厢盖等板件,则是另外再包覆于车体之外,因此车体与车架其实是两个独立的构造。这种设计的最大好处,在于轻量化与刚性得以同时兼顾,因此受到了不少跑车制造商的青睐,早期的法拉利与兰博基尼都是采用的这种设计。由于钢骨设计的车架必须通过许多接点来连结主梁和副梁,加之笼状构造也无法腾出较大的空间,因此除了制造上比较复杂、不利于大量生产之外,也不适合用在强调空间的四门房车上。随后,单体结构的车架在车坛上成为主流,笼状的钢骨车架也逐
7、渐改由这种将车体与车架合二为一的单体车架所取代。作为汽车总成的一部分,车架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总成件都是以车架为载体,因此,设计出重量轻而各方面性能达到要求的车架结构是一项重要的工作。传统的车架结构设计是采用类比的思想进行经验设计,设计出的车架结构除了个别部位的应力水平较高外,大部分部位的应力水平低,强度富余大。因此,有必要采用有限元法对车架结构进行优化设计以降低车架的重量,减小汽车的制造成本,提高市场竞争力。.车架设计理论发展过程及目前的发展状况车架作为汽车承载基体,为
8、货车、中型及以下的客车、中高级和高级轿车所采用,支撑着发动机、离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所有弹簧上与质量有关的机件,承受着传给它的各种力和力矩。为此,车架应有足够的弯曲刚度,以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小;同时车架也应有足够的强度,以保证其有足够的可靠性和第一章绪论寿命,纵梁等主要零件在使用期内不应有严重变形和开裂。车架刚度不足会引起振动和噪声,也会使汽车的乘坐
