文档介绍：第1章绪论
选题的背景
车架是汽车各总成的安装基体,它将发动机和车身等总成连成一个有机的整体,承受着来自道路及各种复杂载荷的作用,而且汽车上许多重要总成都是以车架为载体,因此设计出重量轻且各方面性能达到要求的车架结构是一项重要工作。传统的车架结构设计是采用类比的思想进行经验设计,车架的这种设计模式导致的问题包括两个方面:一是车架简化计算精度不够,为保证强度及刚度要求而使车架的设计过于安全,造成设计出的车架结构过重,增加了设计成本;二是造成车架的设计与计算分离,不利于提高车架设计人员的设计水平。设计出的车架结构除了个别部位的应力水平比较高外,大部分部位的应力水平较低。因此,有必要采用有限元法对车架结构进行优化设计,以降低车架的重量,减少汽车的制造成本,提高市场竞争力。
选题的目的
通过本文的研究,预计达到以下目的:
(1)将有限元技术应用于中型载货汽车车架设计做好基础性工作。
(2)通过运用有限元软件对车架结构进行分析,可供车架设计有关人员提供参考。
(3)对所研究的车架进行结构的静、动态特性分析,为车架的设计提供理论支持。
(4)利用有限元法进行结构模态分析,可以得到车架结构的动态特性。从设计上避免车架出现共振的现象。
选题的意义
(1)运用有限元法对初步设计的车架进行辅助分析将大大提高车架开发、设计、分析和制造的效能和车架的性能。
(2)车架在各种载荷作用下,将发生弯曲、偏心扭转和整体扭转等变形。传统的车架设计方法很难综合考虑汽车的复杂受力及变形情况,有限元法正好能够解决这一问题。
(3)利用有限元法进行结构模态分析,可以得到车架结构的动态特性。从设计上避免车架出现共振的现象。
(4)通过对车架结构的优化设计,可以进一步降低车架的重量,在保证车架性能的前提下充分的节省材料,对降低车架的成本具有重要的意义。
研究现状
有限元法是当今工程分析中获得广泛应用的数值计算法。由于他的通用性和有效性,受到工程技术界的高度重视。伴随着计算机的快速发展,现已成为计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)的重要组成部分。
近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高,有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视,已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径,现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算,其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器,国防军工,船舶, 铁道,石化,能源,科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃,主要表现在以下几个方面:(1)增加产品和工程的可靠性; (2)在产品的设计阶段发现潜在的问题;(3)经过分析计算,采用优化设计方案,降低原材料成本;(4)缩短产品投向市场的时间;(5)模拟试验方案,减少试验次数,从而减少试验经费。
当前,国外各大汽车公司利用有限元软件进行车架结构静态分析、模态分析的技术已非常成熟,其工作重心已转向瞬态响应分析、噪声分析、碰撞分析等领域。特别是随机激励响应分析备受青睐,主要是因为它可用来进行车辆的强度、刚度、振动舒适性和噪声等方面的分析:国外将有限元法引入到车架强度计算比较早,而我国大约是在七十年代末才把有限元法应用于车架的结构强度设计分析中。在有限元法对汽车车架结构的分析中,早期多采用梁单元进行结构离散化。分析的初步结果是令人满意的,但由于梁单元本身的缺陷,例如梁单元不能很好的描述结构较为复杂的车架结构,不能很好的反映车架横梁与纵梁接头区域的应力分布,而且它还忽略了扭转时截面的翘曲变形,因此梁单元分析的结果是比较粗糙的。而板壳单元克服了梁单元在车架建模和应力分析时的局限,基本上可以作为一种完全的强度预测手段。近十年来,由于计算机软件与硬件的飞速发展,板壳单元逐渐被应用到汽车车架结构分析中,使分析精度大为提高,由过去的定性或半定量的分析过度到定量阶段。随着计算机软、硬件技术的发展,特别是微机性能的大幅提高及普及,在微机上进行有限元分析已不再是很困难的事,同时有限元分析的应用得以向广度和深度发展。国外大型汽车公司经过近百年的汽车设计制造,在车架设计方面积累了丰富的试验数据和理论分析经验,形成了实用的结构设计数据库、设计改正记录和设计规范。目前应用于车架开发上比较成熟的方面主要有:刚度、强度分析(应用于整车、大小总成与零部件分析以实现轻量化设计),NVH分析(各种振动、噪声,包括摩擦噪声、风噪声等)、机构运动分析等;建立在分析和实验基础上的种优化方法为车架设计提供了多种实用的选择方案,使车架设计从经验设计到优化设计跨出了一大步。
纵观当今国际上CAE软件的发展情况,可以看出有限元分析方法的一些发展趋势:
1)与CAD软件的无缝集成
当今有限元分析软件的一个发