某电动车车架刚强度CAE分析报告V1150609.docx
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某电动车车架刚强度CAE分析报告V1150609
密级:
编号：
超越三号电动车车架
刚强度CAE分析报告
项目名称：
速派奇超越三号电动车设计开发
项目代码：
编制：
日期：
_
校对：
日期：
_
审核：
日期：
_
批准：
日期：
_
中国汽车工程研究院
凯瑞设计中心
2015年6月
一、CAE分析输入条件
3D数模
以甲方输入的3DCATIA模型为依据，3D模型结构如以下图1所示。
图1电动车架3D模型
其它输入条件
其它输入条件要紧包括电动车架BOM表、集中质量的质心位置及其与车架连接点的位置，车辆前后悬架安装点位置。
车架骨架要紧由Q235和DC01两种材料组成，左右8字形弯管梁由厚的SPCC组成。
甲方提供的车架BOM表部份内容如下表1所示。
表1车架部份零件材料清单
零部件名称
编号
材料
厚度（mm）
备注
机舱左纵梁一
CY03-5301021-A01
Q235
车身左纵梁
CY03-2801013-A01
Q235
车身横梁六
CY03-2801019-A01
Q235
车身中纵梁三
CY03-2801024-A01
Q235
后悬架安装管
CY03-2801025-A01
Q235
电池框架支撑梁一
CY03-2801026-A01
Q235
后排座椅下盖板安装支架
CY03-2801042-A01
DC01
前排右安全带卷收器支架
CY03-2801114-A01
DC01
前排电池前下安装梁
CY03-2801077-A01
Q235
前排座椅支撑板
CY03-2801078-A01
DC01
右八字管
CY03-5401028-A01
SPCC
甲方提供的电动车要紧零件质心位置及重量如下表2所示。
表2各零部件质心及重量
名称
质心位置
重量（KG）
备注
电池1
X=Y=Z=
50
电池2
X=Y=Z=
50
电池3
X=Y=Z=
50
电池4
X=Y=Z=
50
电池5
X=Y=Z=
50
前排人体H点（左）
X=Y=-270Z=
人68，座椅6
前排人体H点（右）
X=Y=270Z=
人68，座椅6
后排人体H点（左）
X=Y=-215Z=
人68，座椅
后排人体H点（右）
X=Y=215Z=
人68，座椅
空调蒸发箱
X=Y=Z=
空调压缩机
X=Y=Z=
仪表板总成
X=Y=Z=512
二、CAE模型说明
考虑到运算机资源、模态和强度分析要求，模型中除后面电池5支架中螺杆为实体单元外，其余均为2D平面单元。
实体为六面体单元，平面单元以四边形单元为主，仅有少量的三角形单元。
模型中绝大多数单元大小以6mm为准进行划分。
成立的模型单元如以下图２所示。
图2 电动车架FEM模型
模型中总单元数345539，节点数358158。
三角形单元数5801，三角形单元占总数为%。
3、电动车架分析工况
对此款电动车架要紧进行车架整体模态分析和强度分析。
模态分析
对车架进行模态分析的目的主若是电动车躲开外部路面不平度鼓励和蓄电池带动电机转动对车架的鼓励。
电机一样鼓励较小，车架分析要紧考虑躲开路面鼓励，车架前几阶频率应在5Hz以上。
将各部件以集中质量的形式固定于车架上相应位置处，车架为钢材，密度为×103Kg/m3。
车架模态分析中前四阶模态如以下图3～图6所示。
图3第一阶模态
图4第二阶模态
图5第三阶模态
图6第四阶模态
第一阶模态频率为，为前排座椅下的框架支撑结构，为平揺振型，频率与限制范围较接近。
为了提高第一阶模态频率及改善振型，建议在前排座椅下的框架支撑结构周围进行稳固三角形的桁架结构设计。
车架各分析工况和边界条件
电动车常在城市道路上行驶，依据车辆利用工况和条件，对电动车架进行如下CAE分析：
模态分析、弯曲强度分析、扭转强度分析（车辆主体结构对称，以右后悬空、右前悬空两种状态进行）、紧急制动工况强度分析、右转弯强度分析。
各分析工况和车架约束自由度如下表3所示。
表3 电动车架分析工况和约束自由度
约束自由度
左前轮
左后轮
右前轮
右后轮
弯曲动载
XYZ
YZ
XZ
Z
扭转（右后悬空）
XYZ
YZ
XZ
悬空
扭转（右前悬空）
YZ
XYZ
悬空
XZ
紧急制动
XYZ
YZ
XZ
Z
急加速
YZ
XYZ
Z
XZ
右转弯
XYZ
XYZ
Z
Z
依据车辆行驶路况和最高速度，参考其余车辆分析情形，各工况下动载系数如下表4所示。
表4 电动车架各工况动载系数
约束自由度
X向
Y向
Z向
弯曲动载
0
0
扭转（右后悬空）
0
0
扭转（右前悬空）
0
0
紧急制动
0
急加速
0
转弯
0
各工况下应力分析
弯曲动载工况
图7弯曲时车架右边面应力
图8弯曲时车架左侧面应力
图9弯曲时前悬架左侧下摆臂处应力
图10弯曲时前悬架右边下摆臂处应力
图11弯曲时车架底面左右纵梁应力
图12弯曲时后悬架右边下摆臂处应力
图13弯曲时后排座椅支撑框架处应力
从图7～图13看，弯曲2g作使劲工况下，前悬架下摆臂后支座连接处应力集中较大。
另外，后排座椅后安装连接的横向大梁，重力作用下变形较多，人和电池向下压迫悬架横大梁，致使横大梁应力较大。
制动工况：
图14制动时车架右边面应力
图15制动时车架左侧面应力
图16制动时前悬架左下摆臂处应力
图17制动时前排座椅直支撑框架处应力
图18制动时车架底面左右纵梁应力
图19制动时后悬架支撑处应力
此种工况下，应力较大在前排座椅下连接的支撑框架结构，8根支撑管为平行布置，经受车辆纵向力较弱。
右后悬空工况：
图20右后悬空时左侧面应力
图21右后悬空时右边面应力
图22右后悬空时左前下摆臂连接处应力
图23右后悬空时底面左右纵梁应力
图24右后悬空时左后下摆臂连接处应力
后悬架连接支座与车架横向管梁连接处应力最大。
右前悬空工况
图25右前悬空时右边面应力
图26右前悬空时右边面应力
图27右前悬空时左前下摆臂连接处应力
图28右前悬空时底面左右纵梁应力
图29右前悬空时右后悬下摆臂连接处应力
此工况下应力最大处为前摆臂与车架连接处和后悬架横向管梁与电池支架连接处。
急加速工况
图30急加速时车架左侧面应力
图31急加速时车架右边面应力
图32急加速时右前下摆臂连接处应力
图33急加速时底面左右纵梁应力
图34急加速时右后悬架下摆臂连接处应力
图35急加速时前排座椅支撑框架处应力
前后下摆臂连接处由于应力集中，此两处地址应力最大。
另外，前排座椅处应力较大。
右转弯工况
图36右转弯时左侧面应力
图37右转弯时右边面应力
图38右转弯时底面左右纵梁应力
图39右转弯时右前下摆臂连接处应力
图40右转弯时右后下摆臂连接处应力
车辆右转弯时，从应力看，与前几个工况的现象几乎相同，要紧在前后悬架下摆连接处应力最大，第二是前后排座椅框架支撑处。
4、结论与建议
通过上述车架整体模态分析和几个工况的强度分析，得出如下结论：
1）前排座椅模态频率稍低，频率为，要紧为平摇振型；
2）在多个工况下，前后悬架下摆臂支座连接处有应力集中现象，应力较大；
3）制动工况下，前排座椅支撑框架处应力较大；
4）弯曲动载工况下，后排座椅后支撑处横梁应力较大；
5）全数工况下，车架左右纵梁的应力相关于其它处应力都较大；
建议：
1）前排座椅支撑框架周围进行稳固三角形的桁架结构设计；
2）车架底面左右纵梁适当增厚至；
3）前后悬架下摆臂连接支座修改设计，支座与梁连接处应进行大角度包裹焊接设计；
4）后悬架下摆臂连接处的横梁由2mm增加到；
5）增厚或加粗后排座椅后连接处的横梁。
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