副車架結構強度分析的案例
乘用車前擺臂和副車架的強度分析及優化
轉彎工況下前擺臂和副車架的最大應力分別為72.61MPa和181.4MPa；沖擊工況下前擺臂和副車架的最大應力分別為53.36MPa和112.5MPa；制動工況下前擺臂和副車架的最大應力分別為139.4MPa和341.2MPa。前擺臂和副車架結構中所用材料的強度特性如表7所示。
表7各材料強度特性
材料牌號
屈服強度/MPa
抗拉強度/MPa
HAPS400
255
400
HAPS440
305
440
前擺臂和副車架下板采用HAPS400，副車架上板材料為HAPS440。前擺臂結構設計滿足此三種工況下的強度要求，而副車架結構只有轉向和沖擊工況滿足強度要求，即應力水平小于材料的屈服極限。副車架在制動工況下的最大應力超過了材料的屈服強度極限。而從應力分布云圖上看，各個工況下橡膠襯套安裝支架、車身連接支架周圍及孔周圍的應力水平相對較高，且異常應力集中位置多出現在孔周圍。在有限元分析計算中，結構中焊縫或剛性連接處易出現應力集中現象，對于結構分析，可不考慮由于焊縫或剛性連接所引起的異常應力集中[9]。
4 副車架的優化與驗證
4.1 副車架結構優化
通過上述對副車架結構的有限元分析，己反映出副車架原結構設計中存在的不足。因此，可綜合副車架結構強度分析結果，對分析所得的危險部位從結構角度進行優化。在結構的強度分析中，副車架在制動工況下其最大應力值超過了材料的屈服極限，其最大應力發生在副車架上板的左右，故以副車架上板為副車架結構優化和改進的主要目標。所用優化方式主要為在應力集中處加一塊加強板，以實現提高強度作用。基于上述思想，結構經優化后的副車架有限元模型如圖11所示。
圖11 優化后副車架有限元模型
4.2 優化后結構強度分析
優化后提交計算后的結果如圖12所示。
展開 汽車副車架擺臂固定支架強度CAE仿真分析
4.分析結果與結論：
副車架擺臂固定支架應力分布如圖3至圖5所示：
圖3：顛簸工況應力云圖
圖4：制動工況應力云圖
圖5：轉彎工況應力云圖
原設計方案中，副車架擺臂固定支架的材料選擇SAPH370,該材料的屈服強度為261.7MPa。由應力結果可知在顛簸工況下，副車架擺臂固定支架的應力超過261.7MPa，存在破壞風險，故建議選用強度更高的SAPH370440。
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基于Hypermesh的前副車架結構優化
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，該結構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，減少其進入車廂，因此在主要出現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構都為散件，易與路面、發動機激勵產生共振。在副車架誕生以后，可以將前后懸掛裝在副車架上，構成一個車架總成，然后再統一安裝到車身上。本文通過對副車架與前車架的連接的優化，以及對局部結構的優化來降低可能發生共振的概率。
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。在進行有限元網格劃分工作前，需要對副車架結構幾何模型進行幾何清理工作，修正模型導入時出現的錯誤孔、面、線和因軟件之間兼容性產生的錯誤。由于有限元結構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特性上進行適當的幾何簡化，刪除對結構無影響或者影響細微的結構，以減少有限元模型建立的工作量。
2）網格劃分。網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行網格劃分．
3）網格質量的檢驗。根據副車架的結構特性，長度、寬度遠遠大于厚度，故采用殼單元來進行網格劃分，經過對副車架網格的多次劃分和網格質量的對比，最終以8mm的四邊形單元來進行網格劃分。對于過渡曲面和可能發生局部應力集中的細節采用三角單元進行劃分，充分發揮三角單元的特點，使網格質量得到更好的優化。
展開 自卸車副車架模態分析
自卸車副車架結構模態分析
1. 問題描述
在車輛設計中，副車架作為車身主要重量的承載體，在工程應用中承受復雜的載荷，如承載卸料是舉升作用產生的集中力與滿載時傳遞全部受力到主車架，是決定整車壽命的的關鍵結構部件。車架工作時產生的振動，會加速某些零部件的損壞，進而影響到整體車況。因此副車架的模態分析、模態參數識別，對整車動力性能分析、降低整車振動、減少部件的疲勞失效有著重要的作用。
車架模型，由副車架及安裝在副車架上的舉升裝置裝配而成，使用steel材料。重點考察車架系統模態參數，得到車架自用模態參數（前10階）及該車架在工作狀態下的模態參數（前4階）。
2. 技術參數
2.1 副車架材料:
材料選擇為：鋼stee，選擇軟件默認材料。
2.2 三維模型如下圖所示
1.1 問題分析
副車架是由這些零部件按照一定的裝配關系裝配在一起的裝配體，主要是采用焊接形式連接在一起。
這里計算自由模態下的激勵頻率及約束模態下（將副車架底部兩根縱梁底面設置為固定約束）的激勵頻率。
2.
展開 
基于HyperWorks 的某轎車副車架模態分析及優化
副車架是影響汽車舒適性的重要因素之一。為了使副車架不與發動機產生共振，其
一階模態頻率必須高于發動機引起的2 諧次激勵頻率。本文以某轎車副車架為研究對象，
運用HyperWorks 分析并優化一階模態使其滿足目標值，降低產生振動噪聲的風險。
陳華_基于Hyperworks的某轎車副車架模態分析及優化_陳華.pdf
【iSolver案例分享65】汽車前副車架模態分析案例
iSolver案例分享：汽車前副車架模態分析案例
0. 引言
iSolver為一個完全自主的通用結構有限元軟件，對標國際主流結構CAE商業軟件Abaqus、Ansys、Nastran，支持結構分析的常用功能，線性及材料非線性的精度和Abaqus沒有誤差，效率和Abaqus相當，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殼模態分析為例，將iSolver求解器和Abaqus、Ansys、Nastran、Midas計算結果、進行對比，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、彎曲等多種載荷產生的彎矩和剪切力，在實際行車過程中，副車架還要受到來自路面的激勵和發動機的激勵，設計中除了要有足夠的強度、足夠的抗彎剛度和合適的扭轉剛度保證汽車對路面不平度的適應性外，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生共振，導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，前副車架模態要求在汽車設計中是非常重要的。前副車架的模態與發動機常用轉速下的激勵頻率很接近時，副車架與發動機的激勵頻率發生共振，整車便會產生轟鳴聲，影響整車的NVH值，降低汽車的使用壽命，影響乘客的舒適性。而如何科學地定義前副車架的模態目標值是研究的重點。
本例中，為了研究副車架的模態和iSolver求解器計算精度，計算副車架自由狀態下的副車架前五階柔性模態。
2.
展開 基于simsolid的某車型副車架模態分析案例分享
本人在上一篇用摩托車車架驗證了simsolid和主流有限元分析軟件的模態分析誤差對比，證實了該軟件的有效性和快捷性。本次繼續分享一個參與企業項目，該項目需要對該目標車輛副車架進行輕量化優化。
由于simsolid的操作簡單易于上手，本案例就不對詳細操作步驟進行累述。在利用主流分析軟件對該車架進行輕量化分析前本人利用了simsolid來初步了解該車架的模態和應力變化情況，借此已期望能夠更快更好地制定優化方案。
首先對該車架賦予材料屬性。如圖1
圖1
緊接著按裝車要求賦予約束點。如圖2
圖2
然后選擇模態分析模塊，不到30秒時間便可查看所需要的各種模態、形變、力和位移數據結果。如圖3、圖4
圖3
圖4
總結：利用simsolid軟件在對零部件，特別是大型復雜機械進行模態分析時在保證誤差范圍內操作更簡單，效率更高，普遍可以為工程師節約80%的工作時間。
展開 某電動汽車副車架CAE分析-Hypermesh網格劃分
3-23網格單元質量調節功能板塊
經過上述一系列的網格劃分、網格質量檢測和網格質量調整，將副車架吊耳、縱梁、副車架上板和下板以及副車架加強板轉化為網格單元，逐漸建立了符合要求的副車架網格模型，如圖3-24所示。
圖3-24副車架網格模型
副車架網格單元5mm，網格單元統計：
Total number of nodes: 28086；
Total number of elements: 26945；
26649 linear quadrilateral elements of type S4R；
296 linear triangular elements of type S3；
三角形網格占比1.11%。
3.2.4 模型材料創建與賦予
用軟件進行有限元分析時要特別注意單位制問題，多數物理量的單位是一一對應的。對副車架進行有限元分析的單位制為：
（1）創建材料
在Hypermesh中根據單位制要求輸入材料屬性，如表3.2所示。
? 創建截面
分別創建各個部件的截面，將創建的材料賦予截面，并編輯thickness。不同部件的厚度如表3.3所示。
表3.3 副車架各部件的厚度
至此，Hypermesh中對副車架的預處理完畢，接下來要創建Hypermesh與ABAQUS的接口，即使Hypermesh的分析數據導入ABAQUS繼續分析處理。Hypermesh中導出文件選用Solver Deck輸出.inp文件。
展開 基于HyperWorks 的自卸車車架靜強度分析
車架是重型汽車承載及保證車體正確運動的核心部件，其強度不僅決定了整車能否正常使用，還
會影響到整車的行車安全性。Altair HyperWorks 集前、后處理及求解器于一體，是一款優秀的CAE 平臺。
本案例基于Altair HyperWorks 的慣性釋放原理對某礦用自卸車的車架進行CAE 靜強度分析，旨在找出
方案初期的設計缺陷，合理優化車架結構。有助于降低產品設計成本，縮短新車型的開發周期。
屈磊_基于HyperWorks的自卸車車架靜強度分析.pdf
巴哈大賽賽車車架結構靜力+模態+諧響應分析 ￥150
本課程結合工程實際，使用workbench軟件解決巴哈大賽賽車車架結構靜力強度分析、模態分析和諧響應分析問題，并且詳細展示了整個分析的過程，本案例配有最終版的分析報告說明以及全套分析源文件。
對于使用workbench進行靜力分析、模態分析和諧響應分析的朋友，可以打開源文件查看所有設置步驟，描述比較詳盡，值得擁有。
加速過程中結構位移變化動畫演示.avi
基于Nx Nastran有限元分析的公鐵兩用半掛車車架結構優化（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行有限元計算，并對超過許用應力的區域(結構)進行了原因分析，提出相應的優化改進措施，最終優化后的方案強度滿足相關標準要求，文章最后對公鐵兩用半掛車車架設計提出相應建議，為同類型的車架設計提供了參考。
關鍵詞：公鐵兩用半掛車車架;有限元分析;強度;優化;
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，將半掛車直接與轉向架相連，即可在鐵路上運行；脫離連掛即成普通半掛汽車，可在公路上運行的多式聯運模式。公鐵兩用車因其具有自重系數低，轉運快捷、投資小、經濟環保等優勢，作為半掛車多式聯運的一大分支，發展出多種形式，是理想的“門到門”多式聯運的工具，前景廣闊，開創了“門到門”多式聯運新紀元。中車眉山車輛有限公司研發了一種載重28 t的公鐵兩用半掛車，在半掛車車架設計過程中，基于Nx Nastran有限元仿真軟件對車架鋼結構進行了靜強度預測評估與結構優化。
1 主要結構及計算工況
1.1 主要結構
公鐵兩用半掛車車架為全鋼焊接結構，主要板材采用T700高強度鋼。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輸時，汽車行駛的典型工況是在高速道路、強扭轉道路、一般道路和彎曲道路上的彎曲、扭轉、緊急制動和急轉彎等4種工況。對于車架有限元靜態分析來說，通常情況下靜強度只分析彎曲、扭轉2種工況[1]。另外，車架應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下，零部件均依照安裝位置進行加載，在此情況下考核車架彎曲變形。
展開 
基于Nx Nastran有限元分析的公鐵兩用半掛車車架結構優化（下）
表3 公鐵兩用半掛車剛度計算匯總
表4 公鐵兩用半掛車強度計算匯總
2.5 建議
公鐵兩用半掛車的公路工況，因牽引噸位較小，采用傳統2根縱向大梁可承受牽引載荷作用；鐵路工況，因縱向載荷較大，為使載荷順利傳遞，傳統車架前后端均需要補強，車架前端因設有牽引銷板，可在其中央位置增大牽引縱梁截面，與牽引銷板組成箱型截面梁；車架后端因組裝零部件(配件)較多，空間有限，可在后端中央處增加工字型鋼梁與懸掛橫梁連接來傳遞縱向力。
3 結論
通過上述優化措施，逐步減小應力梯度，使得該車架有了很好的性能，仿真技術的應用為新產品研發提供技術支撐，縮短了研發周期，節約了研發成本。
參考文獻
[1] 朱德綿，王耀斌.半掛車車架設計的結構分析[J].汽車技術，1999(7):11-12.
[2] 張繼君.基于MSC.NXNASTRAN的汽車車架結構的仿真研究[D].長春：吉林大學，2001.
[3] 徐達，蔣崇賢.專用汽車結構與設計[M].北京：北京理工大學出版社，1994.
文章來源：機車車輛工藝
展開 汽車副儀表板模結構設計分析
汽車副儀表板（又名中央通道）是用來操控掛換檔，放置茶杯等物件的一個機構，位于駕駛室正中位置。不同的車系副儀表板有不同的配置，同一車系依據高低檔次配置也不盡相同。副儀表板為內飾件，在汽車內飾件中，是復雜程度僅次于儀表板的內飾件，外觀要求高，副儀表板表面需做皮紋。
圖中所示為某品牌汽車副儀表板塑件結構圖，材料PP-TD20，其中PP為副儀表板外罩的基體，TD20是材料中加上20%的滑石粉，目的是提高副儀表板塑件的剛性。 本塑件外形最大尺寸為1117.00×331.00×336.50mm，屬于大型薄壁塑件。
塑件結構特點如下：
1.外觀要求很高，表面需做皮紋。表面不允許有推桿痕跡，也不允許有澆口痕跡，更不允許有收縮凹陷、熔接痕和飛邊等缺陷。
2.尺寸大，形狀復雜，加強筋多。
3. 塑件內外側共有八處倒扣，倒扣面積很大，側向抽芯時塑件易變形甚至開裂。
產品兩側具有獨特的長波浪狀的外形，造型美觀，但兩側形成了大面積的倒扣，其中包括翻邊與凸臺形成的倒扣，要保證塑件順利脫模，需要塑件向外側變形一定角度后再強制頂出，本塑件兩側倒扣處內側凸臺亦是倒扣，由于受塑件空間影響，無法設計斜頂滑塊等側向抽芯機構，只能依靠塑件向外側變形一定角度后，使內側倒扣脫離動模仁。
汽車副儀表板產品斷面分析
汽車副儀表板翻邊區域方案分析
方案一：副儀表板整體倒扣區域強脫
汽車副儀表板核心結構剖析
由于副儀表臺兩側翻邊太高，只是單一的強制脫模，底部拉變形頂出時對上端部區域不起作用，強脫倒扣量大。因此只能依靠產品向外側變形一定角度后，使內側倒扣脫離動模仁。
展開 副水箱支架模態分析與結構優化
針對某車型發動機怠速過程中副水箱抖動問題，運用HyperWorks軟件分析副水箱支架模態，以一階頻率大于30Hz為目標，對副水箱支架進行結構優化，改進后頻率提高了21.2Hz，超過目標值，支架減重0.141kg，振動問題有明顯改善。
胡小文_副水箱支架模態分析與結構優化.pdf
對某除塵設備進行有限元熱力分析，使用ABAQUS對整體結構強度及熱膨脹變形值進行分析，指導結構加固及膨脹節選型 ￥15
煙道結構
煙道壁厚5mm，圖1為煙道結構及其支座示意圖、除塵器支座設置示意圖。
圖1 袋除塵煙道結構及其支座、除塵器支座設置示意圖
建立模型
由于進氣煙道與殼體之間沒有膨脹節，因此需要考慮殼體的熱膨脹對煙道的影響，殼體已經過計算滿足要求，本模型無需建立加強筋等部件，如圖2所示。出氣煙道與除塵器之間設置有膨脹節，故單獨建立出氣煙道模型，如圖3所示。
圖2 建立進氣煙道及除塵器殼體幾何模型
圖3 建立出氣煙道幾何模型
約束條件
進氣煙道支座及除塵器支座約束如圖4所示，其中標記的為固定約束，未標記的除塵器支座及煙道支座均為滑動約束。出氣煙道支座約束如圖5所示。
圖4 進氣煙道及除塵器支座約束
圖5 進出氣煙道支座約束
載荷：
（1）自重；
（2）經過多次計算后得出的進氣煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-15000N，FY=8000N，FZ=-15000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖6所示。
圖6 進氣煙道口載荷添加（集中力及彎矩）
（3）經過多次計算后得出的煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-33000N，FY=18000N，FZ=-33000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖7所示。
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