车架有限元分析技术发展综述

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1、车架有限元分析技术发展综述2001·1专用汽车SpeeialPurposeVehiele☆综述☆车架有限元分析技术发展综述黎西亚‘李成刚“胡于进“(1.中国三江航天工业集团特种车辆技术中心湖北武汉4300232，华中科技大学湖北武汉430073)〔摘要〕通过对牟架的静态、动态和结构优化三方面的分析，详细阐述了有限元分析技术在汽车车架上的运用及发展状况。关链词:车架设计计算有限元法发展中圈分类号:U463.32.02文献标识码:A文章编号:1004一0226(2001)01一0023一03GeneralConditionsoftheFrameEl

2、ementAnalysisTechnicLlXi一yaetalAbstraetByanalysisinthreeresPeetsofstatiestateanddynamiestateandFinitestrueturaloptimizationforthetruekframe，thispaperexpoundedapPlieationanddevelopmentofthefiniteelementanalysisteehniesonthetruekframe-Keywordsframe;disign;ealeulation;finiteele

3、mentmethod;development1前言是一种数值分析方法，计算结果是近似解，其精度主车架是汽车的主要部件。深人了解车架的承载要取决于离散化误差。如果结构离散化恰当，单元位特性是车架结构设计改进和优化的基础。过去汽车移函数选取合理，随着单元逐步缩小，近似解将收敛设计多用样车作参考，这种方法不仅费用大，试制周于精确解。因此，正确建立结构的力学模型，是分析期长，而且也不可能对多种方案进行评价。现代车架工作的第一步。设计已发展到包括有限元法、优化、动态设计等在内目前采用有限元分析模型一般有如下两种:梁的计算机分析、预测和模拟阶段。计算机技术

4、与现代单元模型和组合模型等。梁单元模型是将车架结构电子测试技术相结合已成为汽车车架研究中十分行简化为由一组两节点的梁单元组成的框架结构，以之有效的方法。实践证明，有限元法是一种有效的数梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。其值计算方法，利用有限元法计算得到的结构位移场、优点是:划分的单元数目和节点数目少，计算速度快应力场和低阶振动频率可作为结构设计的原始判据而且模型前处理工作量不大，适合初选方案。其缺点或作为结构改进设计的基础。是:无法仔细分析车架应力集中问题，因而不能为车2车架的静态分析架纵、横梁连接方案提供实用的帮助。组合单元模型2.1

5、力学模型的选择则是既采用梁单元也采用板壳单元进行离散。在实有限元分析的基本思想，是用一组离散化的单际工程运用中，由于车架是由一系列薄壁件组成的元组集，来代替连续体机构进行分析，这种单元组集结构，且形状复杂，宜离散为许多板壳单元的组集，体称之为结构的力学模型;如果已知各个单元体的其缺点是前处理工作量大，计算时间长，然而随着计力和位移(单元的刚度特性)，只需根据节点的变形算机技术的不断发展，这个问题已得到了较好的解连续条件与节点的平衡条件，来推导集成结构的特决，而且由于有大型有限元软件支撑，巨大的前处理性并研究其性能。有限元的特点是始终以矩阵形式工

6、作量绝大部分可由计算机完成，也不是制约板壳来作为数学表达式，便于程序设计，大量工作是由电元模型实际运用的困难了。这种模型使得对车架的子计算机来完成，只要计算机容量足够，单元的剖分分析计算更为精确，能为车架设计提供更为有利的可以是任意的，对于任何复杂的几何形状，多样化的帮助。载荷和任意的边界条件都能适应。然而，由于有限元2.2车架的计算方法琴西亚等:率杂有限元介析技术发展徐述汽车车架的主要结构形式为边梁式车架，货车车架纵梁截面多为槽形，横梁截面可为槽形、闭口矩形或圆管。纵梁和横梁的连结方式有焊接、铆接和螺栓联结等。其连结接头几何形状各异，应力分布

7、复杂。根据是否考虑接头的真实形状，边梁式车架的结构计算方法可分为两大类:2.2.1不考虑接头形状有:最小变形能法、Erz法、传递矩阵法和空间梁有限元法。其不足之处，一是忽略了接头的柔度，而它对车架变形和杆端力矩的计算却很有影响。二是无法确切计算接头区域的应力分布，而这对于车架的设计和优化却很重要。三是只用梁单元，不能反映设计的修改，如接头形状和连接形式的改变。2.2.2考虑接头形状有:完全法和混合法。完全法用板壳单元来离散整个车架，可用于纵梁并不均匀平直的刚架，缺点是用的单元和自由度数目庞大，且计算的前后处理工作量大;混合法是交替使用了有限元和

8、矩阵立法。为比较完全法和混合法的计算精度，德国学者做了一个基础试验:对一段仅有一格两根横梁的车架模型，分别用两种算法进行扭转工况的对比计算，将结果与试