基于ANSYS+Workbench的某轻型货车车架轻量化设计

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1、万方数据第29卷第3期2o14年9月青岛大学学报(工程技术版)JoURNALoFQINGDAoUNIVERSITY(E&T)V01．29No．3Sel)．2O14文章编号：10069798r2014)03007007；DOI：10．13306／j．10069798．2014．03．014基于ANSYSWorkbench的某轻型货车车架轻量化设计朱晓鹏，张纪鹏，程联军，邹荣国，彭升f青岛大学机电工程学院，山东青岛266071)摘要：针对汽车车架的轻量化设计问题，本文采用ANSYSWorkbench对某轻型货车的车架进行静态分析，利用uG软件建立车架有限元模型，对车架悬架的边界条件进行处理，并

2、根据静态分析结果，通过在横梁上添加减重孔，减薄纵梁壁厚的轻量化方法对车架进行轻量化改进，同时，在4种不同工况下，对改进后的车架进行强度和刚度分析，分析结果表明，4种工况下的车架强度和刚度均满足设计要求，而且在满足强度和刚度要求的前提下，与改进前的车架质量相比，改进后的车架质量减少了11．42％，达到了车架轻量化的设计目的，因此改进后的车架动态特性满足要求。关键词：轻型货车车架架；ANSYSWorkbench软件；有限元分析；结构优化中图分类号：U463．32文献标识码：A目前，环境污染已成为人类社会共同关注的问题，而汽车的尾气排放是造成环境污染的重要因素。汽车结构轻量化对于节能和环保均有重

3、要意义。大量实验和实践证明，汽车轻量化是降低汽车排放和减低燃油消耗率的最有效措施之一。近年来，国内研究人员对汽车结构件的研究已经从传统的依靠经验转为利用有限元软件进行设计研究。汽车车架是发动机、底盘、车身等各主要总成的安装基体，其承受着这些总成的重力及它们传递到车架的力。车架的可靠性关系到汽车能否正常运行及司乘人员的安全。在保证车架的强度和刚度满足要求的前提下，减轻车架的质量不仅可以节约原材料，降低生产成本，而且还能降低燃油消耗率，减少排放，有利于环保‘1_⋯。因此，本文利用ANSYSWorkbench对某轻型货车的车架进行静态分析，并根据静态分析结果，采取相应的轻量化措施对车架进行了轻量

4、化，并对轻量化后的车架进一步进行有限元分析，分析结果满足设计要求，汽车车架达到了轻量化的目的。1车架有限元模型的建立某轻型货车的车架是由左右2根纵梁和8根横梁组成的边梁式车架，其中，2根纵梁的截面形状为槽形，除了第2和第3根横梁为圆柱形结构外，其余6根纵梁均为槽型截面结构。车架总长为5ooomm，高155mm，宽1010mm，重387．1kg。整个车架的纵梁和横梁由薄壁件组成，提取中性面建立实体模型，纵梁和横梁之间采用刚性联接。在尊重实际和不影响精度的前提下，对模型进行必要的简化，忽略车架左右纵梁上大量的工艺孔，将过渡圆角和倒角简化为直角。利用UG软件建立的车架三维模型，结果如图1所示。图

5、1车架三维实体模型收稿日期：20140305；修回日期：201404一09作者简介：朱晓鹏(1989)，男，山东日照人，硕士研究生，主要研究方向为车辆节能减排及新能源。通讯作者：张纪鹏r1956)．男．教授，硕士生导师，主要研究方向为车辆节能减排及新能源。万方数据第3期朱晓鹏，等：基于ANsYsw。rkbellch的某轻型货车车架轻量化设计在进行有限元分析时，以s01idl87为单元类型，以结构钢Q235为材料分析类型，屈服强度为235MPa，杨氏模量为211GPa，泊松比为o．3，建立有限元模型，并采取自由网格划分方式对模型进行网格划分，单元尺寸控制为50，最小边缘长度为5mm。将建立的

6、三维实体模型以igs导出后再导入ANsYsworkbench，得到车架有限元模型如图2所示；以自由网格划分方式得到的有限元网格模型如图3所示，共生成69452个节点，29381个单元。。b≠畴芋”⋯、；八。图2车架有限元模型图3车架有限元网格模型2车架边界条件处理车架悬架系统分为前悬架和后悬架两部分，前悬架是钢板弹簧，后悬架采用主副钢板弹簧，为了便于分析计算，本文采用简化处理的方法将钢板弹簧划分为8个支座吊耳，未将钢板弹簧在模型中画出，静力分析采用刚性支撑。将约束条件施加在各支座与吊耳链接的8个孔面上。其中，将左边纵梁最前端支座的孔面采取完全固定的约束方式，即限制其x，y，Z轴3个方向的自

7、由度(x轴为车架的横梁方向，y轴为车架的垂直方向，Z轴为车架的纵梁方向)；左边纵梁最后一个支座的孔面施加X，y两个方向的约束，即限制其横向和垂向位移，允许其纵向移动。右边纵梁最前端的支座处限制Z轴方向的移动，即限制其在总量方向上的自由度，故施加y，z两个方向的约束。其余5个支座则采取垂直方向的约束，防止车架位移，车架上的铆接处均按照刚性连接来处理。3满载弯曲工况下的加载和求解由于货车的实际工况比较复杂，所以货车车架所承受