基于有限元方法的结构设计与可靠性分析

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1、基于有限元方法的结构设计与可靠性分析摘要：随着社会的发展，基于有限元分析的结构设计，在汽车底盘零配件设计中越来越重要。因此，在对汽车底盘零部件的改进过程中，对汽车底盘配件设计形式进行不断的优化和改进中，设计人员应当高度重视利用有限元分析的方法，并对其设计软件进行全面的利用，构建高质量、贴近实际情形的车架有限元分析模型。本文就对使用有限元分析工具对汽车底盘零部件进行结构设计和可靠性研究，进行了简要的分析和阐述，以此促进我国汽车行业的进一步发展。关键词：有限元分析；汽车底盘零配件；设计；可靠性进入21世纪

2、以来，随着我国社会经济的飞速发展，我国汽车设计行业为了满足整个行业高速发展的需要，以及普罗大众对汽车安全性可靠性需求日益严峻的今天，提出了需要对汽车结构的设计进行全面的可靠的分析和改进这一要求，由于与安全以及性能直接相关，在汽车底盘配件设计方面尤为重要的。有限元分析，一种通过将零部件划分为有限的互联的单元，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解的方法，是汽车底盘配件设计中的重要方法。其主要的功能是构建从发动机、底盘、车身等、乃至

3、到构建一辆完整的汽车模型，在汽车运行的工况中进行模拟仿真，从得到的模拟仿真结果来验证设计的可靠性，实现如何可以有效地提高汽车的承载力、安全性可靠性，乃至减轻整体的整备质量，节省材料成本等目的。由此看来，有限元分析在汽车配件的结构设计中，其关键作用不言而喻。通过分析软件，用有限元分析方法进行结构设计的过程中，设计人员可以对零配件的可靠性、或者经济性给予不同程度的重视，以此在最大程度上提高了汽车整体设计的质量和效率。那么，如何利用有限元分析的方法进行结构设计，对汽车底盘零配件的结构设计进行全面的分析，是本

4、文主要的阐述的内容。一、有限元分析的结构设计方法（一）汽车底盘架构设计形式利用有限元分析设计汽车底盘架构（车架）是非常重要的设计形式。在进行有限元分析设计的过程中，通过对汽车前桥、后桥与车架之间采用悬架进行连接，同时，在汽车底盘制动系统设计的选择上，选择盘式制动器；在汽车在运行的模拟中，汽车驱动设备一般都会选择用模拟行车工况的电机来替代汽车发动机，以及选用汽车前轮驱动的形式，来进行综合工况的底盘整体有限元分析。在设计的过程中，应当对汽车前桥、后桥等位置，以及相应的安装悬架的支撑点进行有效的连接，另外在

5、对汽车底盘的各个部位的零配件，也应按照实际使用进行全面的约束和连接，以及添加符合实际工况的力学环境，这样在最大程度上保证了所设计的模型的真实性。在对汽车底盘架构模型的构建过程中，设计人员可以对其分解成部件，以进行全面的了解和分析，对于底盘架构来说，主要可分为由横梁和纵梁等部件组成的一个整体。在设计的过程中，设计人员应当对样机的长、宽、轴距等进行全面的设定，并且利用相关的有限元结构设计软件，对汽车底盘架构进行模拟，建立符合实际情况的模型，也只这样的对汽车底盘架构进行去全面的设计，确定其形式，才能为有限元

6、分析的结构设计过程中的下一项流程，提供了良好的设计条件，提高了有限元分析的质量。（二）汽车底盘后桥的设计形式通过整体分析得出可靠性较高的大致方案后，要想更完善地提高汽车设计质量，还需要对汽车底盘的架构、甚至对各个零配件进行单独的设计分析。在使用有限元分析进行结构设计的过程中，对汽车底盘上的后桥进行有限元方法来设计是其中非常重要的、有代表性的设计方法，因而单独取出来详谈。在有限元分析的结构设计过程中，应当先利用后桥的相关实际工况，通过材料力学经验公式，对后桥各部位的截面积预先进行有效的设计，并对相关部位

7、的材料设计参数进行有效的设置。然后、在预先进行构建的汽车底盘模型（包含力学环境和约束）中，对计算设计出来的后桥模型，进行反复的有限元设计的模拟仿真，并根据实际车辆工况变化的情况，改变力学环境和约束的设定，进行全面的大量的分析和修正，这样可以在最大程度上提高了有限元结构设计模型的质另外，在有限元设计的过程中，要对计算的网格单元进行全面的调整，并且设计人员也要对设计中的应力集中给予高度的重视，这些地方就是设计的零部件中最薄弱的部位。所以在设计的过程中，设计人员也要汽车底盘后桥配件组成的材料进行全面的分析和

8、了解，并且按照有限元分析结构设计中的应力集中，进行改进设计，这样有效的提高了汽车底盘后桥的性能的同时，降低了结构设计的质量，减少成本，提高汽车设计的技术含量。当然最后通过实际样机（根据有限元分析设计、并模拟仿真结果合符使用要求）的台架或者装车试验，修正有限元分析模型与实际试验的偏差（一般需要各项参数的变更），可以得到更加贴近实际、符合工况的设计模型。二、有限元结构设计中的可靠性分析（一）提高了汽车底盘零配件中的真实性在汽车底盘有限元结构设计的过程中，设计