車架的案例
乘用車前擺臂和副車架的強(qiáng)度分析及優(yōu)化
4 副車架的優(yōu)化與驗證
4.1 副車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化
通過上述對副車架結(jié)構(gòu)的有限元分析，己反映出副車架原結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的不足。因此，可綜合副車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)果，對分析所得的危險部位從結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行優(yōu)化。在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分析中，副車架在制動工況下其最大應(yīng)力值超過了材料的屈服極限，其最大應(yīng)力發(fā)生在副車架上板的左右，故以副車架上板為副車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進(jìn)的主要目標(biāo)。所用優(yōu)化方式主要為在應(yīng)力集中處加一塊加強(qiáng)板，以實現(xiàn)提高強(qiáng)度作用。基于上述思想，結(jié)構(gòu)經(jīng)優(yōu)化后的副車架有限元模型如圖11所示。
圖11 優(yōu)化后副車架有限元模型
4.2 優(yōu)化后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析
優(yōu)化后提交計算后的結(jié)果如圖12所示。
圖12 優(yōu)化后各工況下應(yīng)力云圖
經(jīng)過上述分析計算，可獲得優(yōu)化后副車架各工況下的最大應(yīng)力值如表8所示。
從優(yōu)化前后副車架最大應(yīng)力值對比來看，在加上加強(qiáng)板之后，副車架在制動工況下的最大應(yīng)力值大大的降低了，且轉(zhuǎn)彎工況和沖擊工況的應(yīng)力也有不同情況的減小。通過對副車架的優(yōu)化，副車架在不同工況下都滿足了強(qiáng)度要求。
表8 各工況下副車架應(yīng)力結(jié)果
工況
最大應(yīng)力、MPa
減低率/%
轉(zhuǎn)彎
101.7
43.9
制動
274.9
19.4
沖擊
95.05
15.5
5 結(jié)果與討論
本文以某乘用車的前擺臂和副車架為研究對象，通過綜合分析副車架結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算結(jié)果，獲得原設(shè)計方案中的薄弱結(jié)構(gòu)主要集中于副車架上板左右兩端，故從結(jié)構(gòu)角度添加加強(qiáng)板，對該薄弱位置進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的設(shè)計方案再次分析計算，結(jié)果顯示對副車架上板左右兩端位置優(yōu)化改進(jìn)后滿足副車架的強(qiáng)度要求。
展開 基于Hypermesh的前副車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化
汽車前副車架不僅是作為汽車懸掛連接部件與車身之間的一種輔助裝置，同時也是汽車底盤中重要零件之一，該結(jié)構(gòu)常見于采用承載式車身的車型中。副車架的作用是阻礙振動和噪聲的傳播，減少其進(jìn)入車廂，因此在主要出現(xiàn)在豪華的轎車和越野車上，有些汽車還在引擎裝上副架。傳統(tǒng)的承載式車身沒有副車架，其懸掛直接與車身鋼板相連的，所以前后車架的懸掛搖臂機(jī)構(gòu)都為散件，易與路面、發(fā)動機(jī)激勵產(chǎn)生共振。在副車架誕生以后，可以將前后懸掛裝在副車架上，構(gòu)成一個車架總成，然后再統(tǒng)一安裝到車身上。本文通過對副車架與前車架的連接的優(yōu)化，以及對局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來降低可能發(fā)生共振的概率。
一 副車架模型的建立
本文研究工作中，主要采用有限元前處理軟件Hypermesh建立汽車前車架有限元模型.如圖所示，為本有限元建模的基本流程[1]，其中各操作所需的具體研究工作如下：
1）幾何模型的清理與簡化。在進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分工作前，需要對副車架結(jié)構(gòu)幾何模型進(jìn)行幾何清理工作，修正模型導(dǎo)入時出現(xiàn)的錯誤孔、面、線和因軟件之間兼容性產(chǎn)生的錯誤。由于有限元結(jié)構(gòu)時對實際模型的近似處理，因此在有限元模型建立時，可以在不影響模型整體力學(xué)特性上進(jìn)行適當(dāng)?shù)膸缀魏喕瑒h除對結(jié)構(gòu)無影響或者影響細(xì)微的結(jié)構(gòu)，以減少有限元模型建立的工作量。
2）網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格單元類型的正確選取不僅直接影響有限元分析計算的準(zhǔn)確度，而且還會影響有限元分析計算的時間，在建立模型過程中，通常以四邊形單元為主、三角單元為輔相的方式來進(jìn)行網(wǎng)格劃分．
3）網(wǎng)格質(zhì)量的檢驗。根據(jù)副車架的結(jié)構(gòu)特性，長度、寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于厚度，故采用殼單元來進(jìn)行網(wǎng)格劃分，經(jīng)過對副車架網(wǎng)格的多次劃分和網(wǎng)格質(zhì)量的對比，最終以8mm的四邊形單元來進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對于過渡曲面和可能發(fā)生局部應(yīng)力集中的細(xì)節(jié)采用三角單元進(jìn)行劃分，充分發(fā)揮三角單元的特點(diǎn)，使網(wǎng)格質(zhì)量得到更好的優(yōu)化。
展開 【汽車車架知識】
車架一般由縱梁和橫梁組成。其形式主要有邊梁式和中梁式兩種，邊梁式車架由兩根位于兩邊的縱梁和若干根橫梁組成，用鉚接法或者焊接法將縱梁與橫梁連接成堅固的剛性構(gòu)架。
縱梁橫梁
縱梁通常用低合金鋼板沖壓而成，斷面形狀一般為槽型，也有的做成Z形或箱型。根據(jù)汽車形式的不同和結(jié)構(gòu)布置的要求，縱梁可以在水平面內(nèi)或縱平面內(nèi)做成彎曲的，以及等斷面或非等斷面的。
橫梁不僅用來保證車架的扭轉(zhuǎn)剛度和承受縱向載荷，而且還可以支撐汽車上的主要部件。通常載貨車有5~6根橫梁，有時會更多。邊梁式車架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是便于安裝駕駛室、車廂及一些特種裝備和布置其他總成，有利于改裝變型車和發(fā)展多品種汽車，因此被廣泛用在載貨汽車和大多數(shù)特種汽車上。
中梁式車架
中梁式車架的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
我們在選擇舊車時，對于車架號的檢查可以說是最為重要的一項，當(dāng)我們消費(fèi)者沒有準(zhǔn)確的把握經(jīng)驗，必須要找一個懂得維修的人來進(jìn)行幫忙，對于我們消費(fèi)者來說，檢查車架可以識別出是否為事故車。
由于在經(jīng)過試車以后，大部分的事故車會在車架號上留下一定的痕跡，這必須要我們進(jìn)行詳細(xì)的觀察才可以進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。特別是在轎車一般車架號都可以采用整體車身的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行構(gòu)架，所以車身以及車架的整體設(shè)計上來說，很多的貨車或是說SUV型的車都會采取單獨(dú)的車身處理，車架式在設(shè)計上也以單獨(dú)的方式進(jìn)行處理，對于公路型或是城市型的SUV型車也會采取整體的車身設(shè)計，也就是我們通常所說的轎車底盤設(shè)計的車型。
如果當(dāng)車架受到一定的損傷以后，車輛在行駛的過程中會發(fā)生一些不良的影響，如果在轉(zhuǎn)向的過程中存在不穩(wěn)定的情況時，由于直行車輛的車輪會有一定的聲音，輪胎會存在一定的磨損痕跡，轉(zhuǎn)向是側(cè)面時會產(chǎn)生不均勻的現(xiàn)象或是存在跑偏等問題，這都是與車架的彎曲度有很大的關(guān)系，如果是這樣就說明已經(jīng)出現(xiàn)過相應(yīng)的交通事故，這車就不能購買。
展開 SimSolid在某載貨汽車車架上靜載分析的應(yīng)用
摘要：建立了某貨車車架簡化模型，分別在滿載彎曲、滿載扭轉(zhuǎn)、緊急制動三種工況下，對車架施加相應(yīng)的邊界約束和載荷約束，進(jìn)行了靜力響應(yīng)分析，獲得了其應(yīng)力應(yīng)變圖；同時計算了其在自由狀態(tài)下的振動特性，獲得了前6階固有頻率。本文所分析的車架特點(diǎn)為車身與車架全部使用螺釘連接，所以車架上有非常繁多的螺栓結(jié)構(gòu)，由于Simsolid軟件可以自動識別螺栓結(jié)構(gòu)，且不用畫網(wǎng)格，這大大節(jié)省了整個靜態(tài)分析的時間，可以十分快速的根據(jù)靜力分析獲得的結(jié)果，找出車架薄弱部分。
1. 車架模型的建立
車架由若干縱梁和橫梁構(gòu)成，橫、縱梁都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的板橋體，且厚度不同。將Creo Parametric 5.0創(chuàng)建的車架模型導(dǎo)入Simsolid中，利用其自動識別特征功能，快速識別出該車架的數(shù)量繁多的螺栓結(jié)構(gòu)；創(chuàng)建自動連接，注意到該車架由上下板件組成，兩板之間的連接方式為sliding，做一下更改；賦予車架參數(shù)屬性即完成建模。其材料采用寶鋼B550L鋼板，泊松比為0.3，彈性模量為210 GPa，密度為7850 kg/m3。Simsolid自帶材料數(shù)據(jù)庫中并沒有與之對應(yīng)的材料，經(jīng)查閱鋼材性能參數(shù)的相關(guān)資料，自行創(chuàng)建了該材料的數(shù)據(jù)庫。有限元模型如圖1所示。
圖1 車架有限元模型
模型信息如圖2所示。
圖2 模型信息參數(shù)
2. 模態(tài)分析
在Simsolid中對其有限元模型進(jìn)行自由模態(tài)分析，得到前6階固有頻率，如表1所示。
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基于Nx Nastran有限元分析的公鐵兩用半掛車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化（上）
摘 要：采用Nx Nastran軟件對公鐵兩用半掛車車架的初始方案進(jìn)行有限元計算，并對超過許用應(yīng)力的區(qū)域(結(jié)構(gòu))進(jìn)行了原因分析，提出相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)措施，最終優(yōu)化后的方案強(qiáng)度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，文章最后對公鐵兩用半掛車車架設(shè)計提出相應(yīng)建議，為同類型的車架設(shè)計提供了參考。
關(guān)鍵詞：公鐵兩用半掛車車架;有限元分析;強(qiáng)度;優(yōu)化;
公鐵兩用貨車是公路掛車加裝鐵路專用鉸接式走行單元，通過取消鐵路平車車體，將半掛車直接與轉(zhuǎn)向架相連，即可在鐵路上運(yùn)行；脫離連掛即成普通半掛汽車，可在公路上運(yùn)行的多式聯(lián)運(yùn)模式。公鐵兩用車因其具有自重系數(shù)低，轉(zhuǎn)運(yùn)快捷、投資小、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)勢，作為半掛車多式聯(lián)運(yùn)的一大分支，發(fā)展出多種形式，是理想的“門到門”多式聯(lián)運(yùn)的工具，前景廣闊，開創(chuàng)了“門到門”多式聯(lián)運(yùn)新紀(jì)元。中車眉山車輛有限公司研發(fā)了一種載重28 t的公鐵兩用半掛車，在半掛車車架設(shè)計過程中，基于Nx Nastran有限元仿真軟件對車架鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜強(qiáng)度預(yù)測評估與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
1 主要結(jié)構(gòu)及計算工況
1.1 主要結(jié)構(gòu)
公鐵兩用半掛車車架為全鋼焊接結(jié)構(gòu)，主要板材采用T700高強(qiáng)度鋼。車架主要由前端梁、牽引縱梁、邊梁、大梁組成、橫梁、前端連接裝置、后端梁等組成，如圖1所示。
圖1 半掛車車架組成(初始方案)示意圖
1.2 計算工況
公鐵兩用半掛車公路運(yùn)輸時，汽車行駛的典型工況是在高速道路、強(qiáng)扭轉(zhuǎn)道路、一般道路和彎曲道路上的彎曲、扭轉(zhuǎn)、緊急制動和急轉(zhuǎn)彎等4種工況。對于車架有限元靜態(tài)分析來說，通常情況下靜強(qiáng)度只分析彎曲、扭轉(zhuǎn)2種工況[1]。另外，車架應(yīng)具有足夠的抗彎剛度，通過車架的撓跨比考核。
剛度工況：在靜載和勻速行駛狀態(tài)下，零部件均依照安裝位置進(jìn)行加載，在此情況下考核車架彎曲變形。
展開 FE-SAFE在某車架垂直彎曲疲勞分析中的應(yīng)用
本文利用安世亞太公司的疲勞分析軟件FE-Safe對某車架結(jié)構(gòu)的垂直彎曲疲勞進(jìn)行了分析計算，再現(xiàn)了該車架在垂直彎曲疲勞試驗中出現(xiàn)的問題，提出解決方案。同時利用試驗結(jié)果進(jìn)行對比校核，驗證了本文分析的可信度。
2 車架有限元模型的建立
根據(jù)車架垂直彎曲疲勞分析與試驗的公司內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，建立光車架有限元分析模型。
2.1 結(jié)構(gòu)離散化
根據(jù)車架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，用薄板單元對其進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，部分鑄件用實體單元模擬，螺栓和鉚釘連接用剛性元結(jié)合梁元來模擬。有限元模型共劃分單元約16萬個，節(jié)點(diǎn)約12萬個。圖2-1為車架有限元網(wǎng)格模型圖。
圖2-1 車架有限元網(wǎng)格模型圖
2.2 材料參數(shù)
車架材料為DFL590，計算時取彈性模量E=210Gpa，泊凇比μ=0.3，UPS=345Mpa。材料的S-N曲線如圖2-2所示。
圖2-2 車架材料的S-N曲線
2.3 分析載荷
2.3.1 靜態(tài)應(yīng)力分析載荷
根據(jù)車架的軸距和前后軸滿載負(fù)荷、裝載質(zhì)量、車輛滿載總質(zhì)量，計算出車架上的加載位置，靜態(tài)應(yīng)力分析所加載荷為：F=5.9KN。
2.3.2 垂直彎曲疲勞壽命分析載荷
根據(jù)車架的軸距和前后軸滿載負(fù)荷、裝載質(zhì)量、車輛滿載總質(zhì)量，計算出車架上的動態(tài)加載按正弦規(guī)律變化，范圍為：5.9KN～72.9KN，加載頻率為：f=1.1Hz。由于靜態(tài)應(yīng)力分析時已經(jīng)施加了靜載F=5.9KN，因此疲勞分析時載荷變化曲線范圍可取為：1.0～12.36。圖2-3為疲勞壽命分析時采用的載荷變化曲線。
圖2-3 車架垂直疲勞分析載荷
3 疲勞結(jié)果
3.1 疲勞試驗結(jié)果
圖3-1 車架垂直彎曲疲勞試驗裝置
圖3-1 顯示了車架垂直彎曲疲勞試驗裝置。
在疲勞試驗循環(huán)到7.7萬次時，車架縱梁下翼面的某一小孔處出現(xiàn)疲勞開裂。圖3-2為開裂后繼續(xù)循環(huán)造成車架斷裂的圖片。
展開 【iSolver案例分享65】汽車前副車架模態(tài)分析案例
iSolver案例分享：汽車前副車架模態(tài)分析案例
0. 引言
iSolver為一個完全自主的通用結(jié)構(gòu)有限元軟件，對標(biāo)國際主流結(jié)構(gòu)CAE商業(yè)軟件Abaqus、Ansys、Nastran，支持結(jié)構(gòu)分析的常用功能，線性及材料非線性的精度和Abaqus沒有誤差，效率和Abaqus相當(dāng)，iSolver自帶友好的三維可視化前后處理界面，也可作為一個輕量化插件集成到Abaqus/FEMAP或者自主軟件中。本帖以一單層球面網(wǎng)殼模態(tài)分析為例，將iSolver求解器和Abaqus、Ansys、Nastran、Midas計算結(jié)果、進(jìn)行對比，驗證iSolver的求解可靠性。
1. 問題描述
汽車的前副車架是連接車身和車輪的中間裝置，起支撐、隔振以及提高懸架剛度的作用。汽車前副車架是汽車各大總成的載體，是重要的受力部件。前副車架工作時要承受扭轉(zhuǎn)、彎曲等多種載荷產(chǎn)生的彎矩和剪切力，在實際行車過程中，副車架還要受到來自路面的激勵和發(fā)動機(jī)的激勵，設(shè)計中除了要有足夠的強(qiáng)度、足夠的抗彎剛度和合適的扭轉(zhuǎn)剛度保證汽車對路面不平度的適應(yīng)性外，合理的振動特性也是十分重要的，以避免汽車在使用過程中各部件之間產(chǎn)生共振，導(dǎo)致某些部件的早期損壞，降低汽車的使用壽命，影響乘客駕乘的舒適性。因此，前副車架模態(tài)要求在汽車設(shè)計中是非常重要的。前副車架的模態(tài)與發(fā)動機(jī)常用轉(zhuǎn)速下的激勵頻率很接近時，副車架與發(fā)動機(jī)的激勵頻率發(fā)生共振，整車便會產(chǎn)生轟鳴聲，影響整車的NVH值，降低汽車的使用壽命，影響乘客的舒適性。而如何科學(xué)地定義前副車架的模態(tài)目標(biāo)值是研究的重點(diǎn)。
本例中，為了研究副車架的模態(tài)和iSolver求解器計算精度，計算副車架自由狀態(tài)下的副車架前五階柔性模態(tài)。
2.
展開 基于SFE全參數(shù)化副車架多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計
一、副車架的性能開發(fā)
副車架可以承受發(fā)動機(jī)懸置的振動載荷和來自路面的各種沖擊，并能夠減弱路面和發(fā)動機(jī)帶來的震動和噪音，保證行駛舒適性和穩(wěn)定性。除此之外，副車架能提高汽車懸掛系統(tǒng)的連接剛度，裝有副車架的汽車能夠明顯感覺到底盤更扎實緊湊。副車架的設(shè)計既需要考慮零件本身的安裝和布置要求，同時還需要保證結(jié)構(gòu)的性能，前副車架設(shè)計重點(diǎn)考慮的幾個性能包括NVH性能、剛度性能、耐久性能及安全性能等。
1.1 安裝和布置要求
副車架作為連接底盤懸掛和車身的結(jié)構(gòu)，需要為動力總成、轉(zhuǎn)向機(jī)、穩(wěn)定桿等部件提供安裝界面，因此，在早期設(shè)計階段，需要根據(jù)安裝硬點(diǎn)來確定基本結(jié)構(gòu)，并需保證與周邊零件的靜/動態(tài)間隙。
1.2 NVH性能
副車架模態(tài)需要避開發(fā)動機(jī)激振頻率，以免引起共振。不同車型定義的目標(biāo)值有差異，需要根據(jù)車型定位來制定。
1.3 剛度性能
副車架與車身、懸架控制臂、轉(zhuǎn)向機(jī)等安裝點(diǎn)的局部靜剛度和動剛度是保證整車耐久、操縱穩(wěn)定性和NVH性能的基礎(chǔ)指標(biāo)，在副車架結(jié)構(gòu)設(shè)計中同樣不可忽視。
1.4 耐久性能
副車架與車身連接點(diǎn)的耐久性能直接決定了汽車底盤的壽命，復(fù)雜的道路情況使前副車架時刻承受著來自路面的沖擊載荷，在循環(huán)載荷的作用下，副車架可能會發(fā)生疲勞失效，因此需要進(jìn)行嚴(yán)格的疲勞耐久仿真，并進(jìn)行相應(yīng)的臺架試驗和整車道路試驗，避免出現(xiàn)疲勞開裂問題。
1.5 碰撞安全性能
汽車前艙正面碰撞路徑主要有三條：1）上路徑：前防撞梁-前縱梁-縱梁延伸梁；2）中路徑：shotgun-A柱上邊梁；3）下路徑：前副車架-縱梁延伸梁-中央通道，全框式副車架為正面碰撞多提供了一條傳力路徑，在車輛發(fā)生正面碰撞時能吸收部分能量，使碰撞力分散更均勻。
展開 參賽投稿：基于Hypermesh 的皮卡車架模態(tài)分析
摘要：應(yīng)用Hypermesh 分析某皮卡汽車車架的固有頻率，驗證與外部激勵發(fā)生共振的可能性，同時得出分析結(jié)論。
關(guān)鍵詞：Hypermesh 車架結(jié)構(gòu) 有限元
1 概述
HyperMesh 是一個高性能的有限單元前、后處理器，讓用戶在交互及可視化的環(huán)境下驗證各種設(shè)計條件。HyperMesh 的圖形用戶界面易于學(xué)習(xí)，支持CAD 幾何模型和已有的有限元模型的直接輸入，可減小重復(fù)性建模工作；其后處理工具能形象地表現(xiàn)復(fù)雜的仿真結(jié)果。HyperMesh 具有很高的速度，很好的適應(yīng)性和可定制性，并且對模型規(guī)模沒有限制，現(xiàn)已成為國內(nèi)以及國際上汽車界的主導(dǎo)CAE 分析軟件。
車架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析是新車型開發(fā)中有限元法應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一，是新產(chǎn)品開發(fā)中結(jié)構(gòu)分析的主要內(nèi)容。尤其是車架結(jié)構(gòu)的低階彈性模態(tài)，它不僅是控制汽車常規(guī)振動的關(guān)鍵指標(biāo)而且反映了汽車車身的整體剛度性能，而且，應(yīng)作為汽車新產(chǎn)品開發(fā)的強(qiáng)制性考核內(nèi)容。實踐證明，用有限元法對車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，可在設(shè)計初期對其結(jié)構(gòu)剛度、固有振型等有充分認(rèn)識，盡可能避免相關(guān)設(shè)計缺陷，及時修改和優(yōu)化設(shè)計，使車架結(jié)構(gòu)具有足夠的靜剛度，以保證其裝配和使用的要求，同時有合理的動態(tài)特性達(dá)到控制振動與噪聲的目的。使產(chǎn)品在設(shè)計階段就可驗證設(shè)計方案是否能滿足使用要求，從而縮短設(shè)計試驗周期，節(jié)省大量的試驗費(fèi)用，是提高產(chǎn)品可靠性的有效方法。該皮卡車架的分析流程如圖1 所示。
2 車架有限元模型的建立
采用UG 軟件對該皮卡車架進(jìn)行三維建模，并通過PARASOLID 格式轉(zhuǎn)入到HyperMesh中，模型分別如圖2 和圖3 所示。為了保證計算結(jié)果的正確性和經(jīng)濟(jì)性，在建模過程中盡量保持和原始結(jié)構(gòu)一致的同時，也需要進(jìn)行必要的簡化。因為過于細(xì)致地描述一些非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，不但增加建模難度和單元數(shù)目，還會使有限元模型的單元尺寸變化過于劇烈而影響計算精度。
展開 三輪車車架設(shè)計的力學(xué)性能分析
對于這種情況的疲勞評估，當(dāng)一個區(qū)域（從車座與下管相交處延伸至車架前部）受到立管后面的靜載荷作用時會失效。這種靜載荷時有時無，因此是疲勞失效的潛在因素。
在水平管和下管與保持架的相交處也存在類似的薄弱區(qū)域。仿真結(jié)果表明，其他臨界區(qū)域位于加強(qiáng)管接頭、后橋前面的保持架區(qū)域，以及頭管和下管相交處。
加速載荷工況與穩(wěn)態(tài)工況的疲勞區(qū)域相同，但覆蓋區(qū)域相對較小。然而，有一點(diǎn)不同的是，頭管和下管相交處有一個臨界區(qū)域，略大于穩(wěn)定踩踏的情況，一直延伸到下管底部。
加速踩踏的情況。紅色表示應(yīng)力超過材料抗疲勞極限強(qiáng)度的區(qū)域。
團(tuán)隊在檢查該載荷工況下的車架前叉區(qū)域時發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域的表現(xiàn)與整個車架類似。結(jié)果表明，當(dāng)前叉受到?jīng)_擊力作用時，只有少量區(qū)域會發(fā)生變形，如下圖所示。盡管如此，由于前叉區(qū)域在疲勞分析時失效，可能需要進(jìn)行重新設(shè)計。
水平?jīng)_擊情況下的前叉區(qū)域。紅色表示 von Mises 應(yīng)力超過材料彈性極限的區(qū)域。
三輪車的性能提升還需進(jìn)一步研究
研究人員通過不懈的努力收集了許多有用的信息來幫助改進(jìn)三輪車車架設(shè)計的力學(xué)性能。例如，簡單的疲勞分析表明，盡管大部分車架都能承受靜載荷，但在長期耐久性方面卻會受到影響。因此，需要對三輪車車架進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計。
現(xiàn)有研究表明，改進(jìn)設(shè)計的一種方式是將疲勞極限為 69 MPa的6063 鋁改為疲勞極限為 96 MPa 的6061-T6 鋁，從而解決三輪車車架疲勞壽命短的問題。
今天我們討論的簡單分析是改進(jìn)三輪車車架設(shè)計的良好開端，但仍需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究（比如更多的疲勞和沖擊仿真）。只有這樣，研究人員才能不斷地對三輪車車架設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，讓騎行者和乘客的安全得到保障。
展開 車架總成后橫梁應(yīng)力測試
8.實驗結(jié)果
車架經(jīng)過ANSYS仿真和現(xiàn)場實驗后，車架能夠經(jīng)受住20t的拉力作用，達(dá)到了設(shè)計強(qiáng)度。并且在最大30t的拉力作用下，車架無明顯變形，只是部分區(qū)域的應(yīng)力值較大，達(dá)到了強(qiáng)度極限。
轉(zhuǎn)，基于有限元的半掛車車架陣型模態(tài)分析
車架在工作時承受來自多方面動載荷的作用時，當(dāng)外載荷頻率遠(yuǎn)小于車架一階模態(tài)頻率時,對車架做靜態(tài)分析就可以滿足設(shè)計要求,但是在通常情況下,車架所受的外載荷頻率接近甚至達(dá)到了車架的一階模態(tài)頻率,這時就必須對車架進(jìn)行動態(tài)分析,以了解車架的動態(tài)特性是否滿足工作要求。模態(tài)分析即對系統(tǒng)的固有頻率的分析是動態(tài)特性分析的基礎(chǔ),也是分析系統(tǒng)固有特性和振型的最主要方法之一。它能確保汽車使用中的安全可靠。因此，車架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析在現(xiàn)代汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有十分重要的意義。
1.2 本文研究的主要內(nèi)容
本文以淮安市專用汽車制造有限公司生產(chǎn)的HYG9386欄板貨車車架為研究對象，通過CAD/CAE技術(shù)相結(jié)合，對車架進(jìn)行有限元模態(tài)分析。
(1) 對車架進(jìn)行從實體到三維電子模型的轉(zhuǎn)化。
(2) 運(yùn)用建模軟件SlidWorks建立車架的實體模型。
(3) 將車架幾何模型導(dǎo)入有限元分析程序AnsysWorkbench，建立車架有限元模型，對模型進(jìn)行模態(tài)分析。
2 基于SolidWorks的半掛車車架實體建模
本文所要研究的半掛車是淮安市專用汽車制造有限公司的產(chǎn)品，半掛車車架為邊梁式結(jié)構(gòu)，主要由左右縱梁和若干根橫梁組成。中間為兩根主承載梁縱梁，縱梁為優(yōu)質(zhì)成型工字鋼或焊接工字鋼。兩縱梁間采用焊接橫梁，橫梁采用優(yōu)質(zhì)鋼板沖壓成型或成型槽鋼。兩縱梁外側(cè)采用翼梁焊接，翼梁為變截面優(yōu)質(zhì)鋼板，橫梁、翼梁與縱梁連接采用交叉結(jié)構(gòu)，增加了車架抗彎強(qiáng)度和抗扭剛度。車全長約13m，寬2.4m，軸距約7.6m，由全金屬結(jié)構(gòu)焊接而成，車架前部可通過牽引銷連接牽引車，左右側(cè)分別裝有工具箱、防護(hù)網(wǎng)和備胎等附件，表面鋪有壓花鋼板和若干防滑條，下部可通過鋼板彈簧連接三個車橋，車架為對稱結(jié)構(gòu)。其車架圖如圖2.1所示。
展開 車架類沖壓模具設(shè)計注意事項
為了能夠更好的適應(yīng)市場的發(fā)展需求，本文以北京某生產(chǎn)公司為例介紹車架沖壓模具的設(shè)計。
車架縱梁壓型模具
車架縱梁是車架構(gòu)件中的重要組成部分，其設(shè)計質(zhì)量直接對車架產(chǎn)品的整體質(zhì)量造成影響。加上，縱梁是車架構(gòu)件中最長的一個工作件，其沖壓難度較大，相應(yīng)增加了工作量。因此，對于車架縱梁的沖壓要求尤為嚴(yán)格。通過生產(chǎn)實踐證明，可采用鉆孔模板保證孔位的精準(zhǔn)度。另一方面，由于縱梁的截面形狀屬于槽型雙直角彎曲成形，可采用自由彎曲成形、雙直角接觸彎曲成形。
制造工藝的分析
車架縱梁的設(shè)計一種分為左、右兩個，沒有變截面的縱梁可以直接通過一套模具分別沖壓成形，但是如果縱梁構(gòu)件出現(xiàn)變截面的時候，需要進(jìn)行較為系統(tǒng)的沖壓安排。首先是下圖顯示的就是變截面縱梁：
然后我們把模具一種分為前段、中段和后段三部分，其中前段和中段沖壓縱梁的右側(cè)，后段和中段沖壓縱梁的左側(cè)。選擇這樣的工作方式是因為可以很好的節(jié)省模具制造損耗的費(fèi)用，提升沖壓的工作效率。經(jīng)過這樣的設(shè)計之后，我們得出了下圖的沖壓效果圖，A+B就是沖壓縱梁的右側(cè)畫面，B+C就是沖壓縱梁的左側(cè)畫面：
如果在工作的時候受到?jīng)_壓設(shè)備面積影響的時候，可以分別對左側(cè)變截面和右側(cè)變截面加裝不一樣的鑲板，目的是確保左側(cè)和右側(cè)的沖壓成形的效果。
展開 應(yīng)用nastran對車架進(jìn)行mobility分析研究
4、應(yīng)用實例
4.1 車架Mobility 分析
綜合考慮車身各懸置點(diǎn)處隔振元件的Mobility 和隔振效果的要求，對某車架的Mobility進(jìn)行分析計算。
分析的邊界條件：
在車身與車架懸置點(diǎn)、發(fā)動機(jī)懸置點(diǎn)、懸掛系統(tǒng)懸置點(diǎn)等分別沿X、Y、Z 三個方向施加1N 隨頻率（10-700HZ）變化的動載荷。其中發(fā)動機(jī)左右懸置2 個懸置點(diǎn)，采用局部坐標(biāo)系加載，載荷大小同上。車架處于完全自由狀態(tài)；考察各懸置點(diǎn)三個方向的速度在10Hz 到700Hz范圍內(nèi)隨頻率的變化量。
圖2 所示為車架某些懸置點(diǎn)Mobility 分析結(jié)果曲線，圖中直線為定義的目標(biāo)值，曲線為計算所得mobility 值。
分析結(jié)果表明目標(biāo)車某些懸置點(diǎn)的動態(tài)剛度特性滿足NVH 性能要求，而動力總成懸置點(diǎn)的Mobility 分析結(jié)果遠(yuǎn)大于標(biāo)桿車的分析結(jié)果。經(jīng)過幾輪的改進(jìn)分析，動力總稱懸置點(diǎn)的Mobility 值顯著下降，滿足目標(biāo)。
圖2 車架懸置點(diǎn)Mobility 分析結(jié)果
4.結(jié)論
1、Mobility 是衡量車輛懸置系統(tǒng)隔振性能的一個重要指標(biāo)，對Mobility 的評價理論進(jìn)行分析，并提出了目標(biāo)值設(shè)定的方法；
2、運(yùn)用nastran 卡片對mobility 分析過稱進(jìn)行定義；
3、運(yùn)用nastran 對某車架懸置點(diǎn)進(jìn)行Mobility 分析，并與目標(biāo)值進(jìn)行比較，經(jīng)過幾輪的改進(jìn)分析車架各懸置點(diǎn)的動態(tài)剛度特性基本都能滿足NVH 性能要求。
展開 多學(xué)科優(yōu)化方法在副車架輕量化設(shè)計中的應(yīng)用
在某副車架輕量化開發(fā)過程中，利用多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)，在完成副車架的靜強(qiáng)度、模態(tài)和動剛度對板厚變化的敏感性分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，優(yōu)化后副車架重量由24.5 Kg降到22 Kg，減重8%，實現(xiàn)了副車架的輕量化設(shè)計。
前言：
副車架是當(dāng)前主流轎車底盤的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)形式及剛度設(shè)計對提升整車耐久性、舒適性、操控性有很大影響，而且輕量化的副車架有利于改善整車性能。因此，副車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法備受各主機(jī)廠關(guān)注。
近年來，關(guān)于多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)的研究及應(yīng)用越來越多，該技術(shù)的主要思想是在設(shè)計過程中，利用計算機(jī)技術(shù)來集成各個學(xué)科的模型和分析工具, 并通過有效的設(shè)計和優(yōu)化策略組織和管理設(shè)計過程，最終利用多學(xué)科相互作用產(chǎn)生的協(xié)調(diào)效應(yīng)獲得最優(yōu)解①。本文將多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用到某車型前副車架的輕量化設(shè)計中，不僅縮短設(shè)計周期,節(jié)約開發(fā)成本，而且對其它零部件的開發(fā)設(shè)計具有同樣的參考意義。
1、 有限元模型
為了提高應(yīng)力計算精度，副車架的鈑金結(jié)構(gòu)以及焊縫全部采用殼單元模擬，單元形狀主要為四邊形，三角形單元比例控制在5%以內(nèi)，整個模型的單元數(shù)量 節(jié)點(diǎn)數(shù)量 ，材料的非線性行為采用試驗測得的應(yīng)力應(yīng)變曲線表示。副車架的幾何數(shù)模和有限元模型如圖所示。
2、 工況定義和性能目標(biāo)的確定
根據(jù)企業(yè)內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)度的考察工況為經(jīng)典工況，包括顛簸、制動、轉(zhuǎn)向和加速。模態(tài)性能考察副車架的前兩階彎曲模態(tài)。動剛度考察項為控制臂及發(fā)動機(jī)后懸置的安裝點(diǎn)的平均動剛度。性能目標(biāo)為滿足企業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
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