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分类号: 单位代码:10433
密级: 学号:Z1111330
山东理工大学
硕士学位论文
铆接车架结构有限元分析
FINITE ELEMENT ANALYSIS FOR
RIVETED VEHICLE FRAME
研究生: 崔海伟
指导教师: 柴山教授
协助指导教师王凤生
申请学位门类级别: 工程硕士
学科专业名称车辆工程
研究方向: 车辆系统动力学
论文完成日期: 2013 年 4 月 10 日
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山东理工大学硕士学位论文摘要
摘要
车架是汽车总成中的重要组成部分,它是发动机、行驶系、传动系等各大系统的
承载基体,在行驶中车架的受力和变形对整车的行驶稳定性和安全性有很大影响。目
前大多数汽车的车架与车架周边零部件的连接都是应用铆接技术实现的,由于承受着
来自系统内外的各种力和力矩,这些铆接部位经常出现开裂和断裂等破坏现象。在车
架的有限元分析研究中大多是将铆接简化为刚性连接,这样的处理会大大增加铆接局
部位置的刚度,导致分析结果与实际情况误差很大,并且无法反映铆接部位的应力、
应变的分布状态。为全面、真实地反映铆接车架的强度、刚度情况,本文基于接触非
线性分析对某款铆接车架进行了非线性有限元分析,论文主要做了如下三项工作:
一、铆接车架模型可以划分为有铆钉连接和没有铆钉连接的两种区域,本车架含
有很多铆钉接触对,为了简化有限元模型的单元数量,提高计算效率,本文提出了一
种实体单元—壳单元混合建模方法。首先将没有铆钉部位的车架应用壳单元进行网格
划分,有铆钉的部位用实体单元进行网格划分,然后针对连接处的壳单元与实体单元
含有不同数目的自由度,根据两种单元的变形协调条件建立约束方程,并且应用实例
进行了分析和计算,验证了约束方程在处理混合单元连接处的有效性。
二、本文探讨了接触问题中的面—面接触问题,详细介绍了建立面—面接触模型
的的流程以及求解器的选择。逐一建立了横纵梁铆接区域的铆钉接触模型,通过非线
性有限元分析,更加准确的分析出车架铆接区域的局部应力和应变,有助于对货车行
驶过程中铆钉发生疲劳破坏机理的研究。
三、应用实体—壳单元混合建模方法和铆接接触对的建立,通过建立没有铆接区
域和铆接区域连接处的约束方程,建立了完整的铆接车架有限元模型。结合货车行驶
过程中的弯曲工况,扭转工况,制动工况和转弯工况等四种典型工况进行了静力学分
析,得出了整车和铆接区域的应力和应变云图。并且针对应力较大部位,简要提出了
相应的改进措施。
关键词:铆接;车架;约束方程;接触有限元分析
I
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山东理工大学硕士学位论文 Abstract
Abstract
Automobile frame is an important part of the automotive assembly, which is the carrying
matrix of engine, driving system, drive train and other major system. It`s force and
deformation have a great impact on vehicle driving stability and security. Most of the
automobile frame and the ponents are connected wite each other by welding and
ribeting. Because of suffering from system`force and torque riveting parts often appears
craking and breakage. The frame is seen as a rigid body in many of oher analysis, thus will
increase the frame`s integrated intensity and get a result that is not very correct. In this
article, by fully considering the influence of the strength of frame riveting contact aspect,
creat 3D contact rivet contact m