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1、第30卷第2期武汉理工大学学报Vol.30No.22008年2月JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYFeb.2008一种轻型货车车架有限元分析与优化1122叶勤,邓亚东,王彦,谭伟(1.武汉理工大学汽车工程学院,武汉430070;2.东风汽车股份有限公司,武汉430056)摘要:车架作为整车的一个重要部件,对其进行结构分析与研究具有重要意义,而悬架机构以及连接部件的模拟是建立有限元模型的关键步骤。介绍了以组合单元建立货车车架有限元模型的方法,运用有限元法计算分析车架在典型工况下的应力水平和分布情况,在此基础上对车架进行优化设计,并提出了车
2、架的改进意见。关键词:车架;有限元分析;优化中图分类号:U436.32文献标识码:A文章编号:167124431(2008)0220143203FiniteElementAnalysisandOptimizationofaLightVehicleFrame1122YEQin,DENGYa2dong,WANGYan,TANWei(1.SchoolofAutomotiveEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China;2.DongfengAutomobileCoLtd,Wuhan430056,China)Abs
3、tract:Frameisthekeyofvehicles,soitisimportanttoanalyzeandstudyitsstructure,aboveall,thesimulationofsuspensionandconnectingpartsisanimportantstepduringthemodelbuilt2upperiod.Afiniteelementmodelwasestablishedfortheframeoflighttruckbasedoncompositeelements,whichwasusedtoanalyzethestresslevela
4、nddistributionontheframeintypicalconditions.Undertheguidanceoftheanalyzedresults,thedesignoftheframewasoptimizedandthesuggestionstodesignimprovementwerepresented.Keywords:vehicleframe;finiteelementanalysis;optimization车架作为汽车的承载基体,安装着发动机、传动系、行驶系、货厢等簧上质量的有关机件,承受着传递给它的各种力和力矩。车架工作状态比较复杂,无法用简单的
5、数学方法对其各部分的应力状态进行准确的分析计算,而采用有限元方法可以对车架的静动态特性进行较为准确的分析,从而使车架设计从经验设计进入到科学设计阶段。作者运用有限元方法对某货车车架进行强度、刚度分析,并根据分析结果,进行优化设计,提出了改进意见。1车架的有限元模型该车架为边梁式,即车架由2根位于两边的纵梁和7根横梁组成,用铆接方式将纵梁和横梁连接成坚固的刚性结构。以往采用的车架有限元分析模型一般为梁单元模型。梁单元模型是将车架结构简化为由一组梁单元组成的框架结构,以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。此法无法详细分析车架应力集中问题,不能很好地模拟车架纵、横梁的连接状
6、况。在实际工程中,车架是由一系列薄壁件组成,且形状复杂,应利用板壳单元进行离散处理。这种模型可以使分析结果更准确。1.1部件连接及相互作用的模拟车架纵、横梁多采用铆钉和螺栓连接。以点对点或节点耦合的方式建立铆接单元夸大了连接部位铆钉处的局部应力特征。实际在铆接预紧力作用下,铆钉孔周向的点大致与铆钉点的位移相协调,因此,可以采用梁收稿日期:2007209218.作者简介:叶勤(19822),男,硕士生.E2mail:a010301@163.com144武汉理工大学学报2008年2月单元与rigid刚性单元相结合的连接处理方式。铆钉采用梁单元处理可以很好地反映出拉压和剪切变形。
7、铆钉孔周采用刚性单元主从节点的方式处理。为了使计算结果更加接近实际情况,在连接处添加接触单元来模拟连接处的接触受力情况。接触单元的刚度k可按式(1)选取。3k=10×E×h(1)式中,E为材料的弹性模量;h为与接触单元相连接单元的单元尺寸。1.2悬架的处理车架是通过悬架系统、车桥和车轮支承在地面上。为了更准确地模拟实际使用工况,将悬架元件与车架组合起来分析。悬架的建模方法如图1所示。将钢板弹簧等效为一个水平布置的矩形截面梁,并以主从结点关系模拟梁的两端点与对应车架吊耳处结点之间的关系。等效水平[1]梁的宽度B取为钢
