车架刚度及模态的有限元分析与化

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1、客车技术与研究第26卷第4期BUSTECHNOLOGYANDRESEARCHVol.26No.42004═══════════════════════════════════════════════════════════════车架刚度及模态的有限元分析与优化马迅，盛勇生（湖北汽车工业学院汽车系，湖北十堰442002）摘要：建立某概念设计阶段的车架有限元模型，利用工程分析软件ANSYS6.1计算出其前五阶固有频率、振型及弯曲和扭转刚度；以总质量为目标，在动静刚度许可的范围内对其纵横梁的截面尺寸进行优化设计。关键词：有限元法；车架；模态分析；弯扭刚度；优化设计Abs

2、tract：Inthispaper，afiniteelementmodelofaframe，whichisonthephaseofconceptualdesign，isestablishedusingthesoftwareANSYS6.1.Theprimaryfivenaturalfrequenciesandcorrespondingmodalshapesaswellasthestaticbendingandtor-sionalstiffnessarecalculated.Aimingattheminimumtotalmass，thesectiondimension

3、ofthelongitudinalandcrossgirdersoftheframeareoptimizedintheallowablerangeofstaticanddynamicstiffness.Keywords：Finiteelementmethod；Vehicleframe；Modalanalysis；Bendingandtorsionalstiffness；Optimizationdesign中图分类号：TH132文献标识码：A文章编号：1006-333（12004）04-0008-04基于有限元法的车架设计流程为：根据设计任车架中用一等直梁来代替，等直

4、梁的高度等于渐变务书并参照同类车型车架确定初步的结构方案；建梁的中间高度。纵横梁上所有的孔及连接板都不予立车架的实体模型；对实体模型进行网格划分，建立以考虑。车架的有限元计算模型（用于结构选型的概念性设表1纵横梁的大致形状、尺寸及板材厚度单位：mm计阶段，大多采用空间梁单元模拟车架的纵横梁）；形状厚度宽高确定载荷和约束条件；计算车架的刚度、强度、振动H11：130.0模态等关键性能指标；分析计算结果，将其与设计要纵梁5B1：65.0H12：190.0求对比，看是否符合要求；将初始结构参数作为设计B21：40.0横梁15H2：119.0变量，将一些关键性能指标作为状态

5、变量，以质量最B22：113.0轻或体积最小为目标进行优化设计［1］。横梁25B3：66.0H3：119.0横梁3□4B4：80.0H4：160.01概念设计阶段车架的结构方案横梁4□4B4：80.0H4：160.0横梁54B6：78.0H6：141.0参考某一同类型车架，考虑到车身安装和其它B7：43.5H71：55.0总成的布置，将概念设计阶段的车架大致结构拟定横梁63W7：49.0H72：33.0如下：选用框架式平行梯形车架结构，由两根左右分横梁73B8：78.0H8：113.0开的纵梁和八根横梁组成，全长6.3m，宽0.8m，轴横梁85B9：66.0H9：1

6、19.0距3.65m。各梁的大致形状、尺寸及板材厚度如表2车架的有限元模型1所示。除第3、4根横梁外，其它各横梁的尺寸与参考为了后续的优化设计，必须对车架进行参数化的同类型车架几乎相同。由于参考车架的第3、4两建模。选择表1中车架纵横梁的截面尺寸为模型参根横梁为上下两片形状复杂的钢板组合而成，无法数，先建立左半部车架的几何模型，选用ANSYS中用梁单元模拟，在概念车架中将之改用两根方形截的二节点12自由度梁单元BEAM188类型，采用不面的等直梁代替。第1、6横梁为非等截面梁，其宽同截面的梁单元对其进行网格划分；再将左边的几和高分别由两个尺寸表示。参考车架纵梁的前后

7、两何模型和网格模型进行映射得到右边车架模型，最段和中间段的连接采用的是线性渐变截面，在概念终合并对称面上的节点使左右车架模型“牢固地”作者简介：马迅（1966-），女，硕士，副教授；研究方向：汽车设计与计算机辅助技术。第4期马迅等：车架刚度及模态的有限元分析与优化9“粘结起来”（图1）。图。3.2扭转工况的边界条件约束前桥在车架左纵梁上的竖直投影点的垂直位移，约束后桥在车架右纵梁上的竖直投影点的垂直位移，在后桥在车架左纵梁上的竖直投影点上施加一垂直向上的载荷，让车架产生纯扭转变形，如图图1车架的有限元模型4所示。车架的扭转刚度计算公式为：在ANSYS中用BEAM