某载货车车架结构分析与优化设计.pdf

1、合肥工业大学硕士学位论文某载货车车架结构分析与优化设计姓名：李波申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：陈朝阳20090401某载货车车架结构分析与优化设计摘要汽车车架作为汽车总成的一部分，承受着来自道路和装载的各种复杂载荷作用，并且汽车上许多重要总成都是以车架为载体，因而车架的强度和刚度在汽车总体设计中起了非常重要的作用。本文利用有限元分析软件H y p e r M e s h 对某载货汽车车架进行了分析和研究。计算机技术的应用以及有限单元法的成熟使得C A E 技术广泛应用于机械、汽车等行业并取得了很大的成果。因此应用有限元理论，运用有限元分析软件对载货车车架进行建模分析，并根据理论分析

2、结果对载货车车架进行轻量化设计，已成为一个重要手段。本文利用有限元计算与分析的方法，对载货车车架的静态特性和动态特性方面作了如下研究：在有限元软件H y p e r M e s h 中建立了车架的有限元模型，对车架及其载荷进行了适当简化，进行静态应力分析研究，并与静态测试试验结果进行了比较分析，验证和提高了有限元模型的准确性。在此基础上对车架进行动态试验分析，试验结果表明车架强度存在进一步优化的空间，为轻量化提供了依据和参考。根据该载货车车架的这一特点，论文提出了方案对车架进行了轻量化设计，按照此方案，车架共减轻2 8 6k g，通过对改进模型的静动态分析，轻量化后的车架刚度以及应力分布均满足

3、要求，节约了原材料，降低了生产的成本，提高了汽车的燃油经济性，并且有利于环保。关键词：车架有限单元法刚度分析轻量化静态强度试验S t r u c t u r ea n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o no fah e a v y t r u e kD a m eA b s t r a c tA saP a r to ft h ec a r，t h ef r a m es u p p o r t sa l lk i n d so fc o m p l i c a t e dl o a d sc o m i n gf r o mt h er o a da

4、 n dt h ef r e i g h tb e i n gl o a d e d A n dm a n ya s s e m b l yo ft h ec a ra r eb u i l ti nt h ef r a m e S ot h ei n t e n s i t ya n dt h es t r o n go ft h ef r a m ep l a yar o l ew a yi nt h ec a r Sd e s i g n T h ef r a m eo fs o m et r u c ki sa n a l y z e da n ds t u d i e du s i

5、n gt h eH y p e r M e s hi nt h i sp a p e r T h em a c h i n e r y，a u t o m o b i l ea n do t h e rh a sy i e l d e dg r e a ta c h i e v e m e n t sa sc o m p u t e rt e c h n o l o g y Sa p p l i c a t i o na sw e l la st h eF E Mw h i c hc a u s e dt h eC A Et e c h n o l o g yw i d e l ya p p

6、l i e dm a t u r e l y T h e r e f o r et h ec o a c hb o d ys t r u c t u r ec a nb ea n a l y s i st h r o u g ht h em o d e l Se s t a b l i s h m e n tb yu s i n gf i n i t ee l e m e n tt h e o r ya n df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r e，a n dt h el i g h t w e i g h to ft h

7、ec o a c hb o d ya c c o r d i n gt ot h et h e o r e t i c a la n a l y s i sr e s u l tt ot h ec o a c hb o d yc a nb ec a r r i e do n，t h i sh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tm e t h o d W i t hr e a s o n a b l ea n ds u i t a b l es i m p l i f i c a t i o n s，af i n eF E Mm o d e lo ft h ef

8、 l a m ew a se s t a b l i s h e db yu s i n gH y p e r M e s h，c a r r i e so nt h ep r e c i s ep a r a m e t e r i z a t i o nm o d e l i n gt os o m ee n t i r e b e a r i n gc o a c hb o d yf r a m e，a n dt h es t a t i cs t r e s sa n a l y s i sr e s e a r c hb e i n gc o n d u c t e d，t h e

9、nt h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i sw i t ht h es t a t i ct e s tr e s u l th a sb e e nc a r r i e do n，c o n f i r m e dt h ef i n i t ee l e m e n tm o d e l Sa c c u r a c y O nt h i sf o u n d a t i o nt h ed y n a m i ce x p e r i m e n t a la n a l y s i st ot h ef r a m ec a r r i e d

10、o n，t h et e s tr e s u l ti n d i c a t e dt h ef r a m eh a st h es p a c ee x i s t e n c ef o rf u r t h e ro p t i m i z a t i o n，a n dt h eb a s i sa n dr e f e r e n c ef o rt h el i g h t w e i g h th a sb e e np r o v i d e d T h ef r a m er e d u c e s2 7 3 k ga l t o g e t h e rA c c o r

11、 d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ef r a m e，s e v e r a ls c h e m e su s e dt od e s i g nt h ef r a m ea r ec o m eo u t，w h i c hm a k et h ef r a m eb e c o m el ig h t，s a v er a wa n dp r o c e s s e dm a t e r i a l s，r e d u c et h ec o s tu s e dp r o d u c e d，i n c r e a

12、s et h ef u e l Se c o n o m ya n dp r o t e c tt h ec i r c u m s t a n c e K e yw o r d s：F r a m e，F i n i t ee l e m e n tm e t h o d，S t i f f n e s sa n a l y s i s，L i g h t w e i g h t，S t a t i ci n t e n s i o nt e s t表格清单表3 1 车架材料参数值1 6表3 2 四边形壳单元的质量指标2 0表3 3 载货车尺寸及重量参数2 2表4 1 整车质量参数2 8表4

13、 2 主要试验仪器2 8表4 3 贴片布点位置位置2 9表4 4 测点位置应力应变值3 2表4 5 满载不同路况各测点的动态应力值变化范围表3 5表5 1 车架载荷分布4 2表6 1 定义设计变量5 2表6。2 优化结果显示5 3表6 3 轻量化设计方案5 3插图清单图l l 车架有限元建模过程示意图6图2 1 矩形壳单元示意图1 l图3 1 建模参考U G 图及生成的几何模型1 8图3 2 翘曲角和长宽比示意图1 9图3 3 扭曲角示意图2 0图3-4 车架局部有限元模型2 1图3 5 车架局部有限元模型加载图2 2图3-6 悬架几何模型2 3图3 7 悬架模拟模型2 3图3 8 有限元模型

14、总成2 4图4 1 电阻应变片结构2 6图4 2 惠斯登电桥示意图2 7图4 3 静态测试接线及仪器调试2 9图4 4 静态测试加载及测点位置2 9图4 5 测点附图(1)3 0图4 6 测点附图(2)31图4 79 号应变片应变一时间曲线图卵石路3 4图4 89 号应变片应变一时间曲线图扭曲路3 5图4-99 号应变片应变一时间曲线图石块路3 5图5。1 车架的载荷分布图。4 1图5 2 约束点位置图4 2图5 3 车架在弯曲工况下的应力分布图。4 3图5。4 车架在弯曲工况下的变形分布图4 3图5 5 扭转工况下的等效应力分布4 4图5-6 扭转工况下的变形分布4 4图6 1 结构设计优化

15、流程。4 9独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：毒刑乙签字日期：2 0 口7 年午月，多日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解盒胆王些盔堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权佥旦巴兰些太堂可以将学位论文的全部或

16、部分论文内容编入有关数据库进行检索。可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者签名：荟签字日期：2。7 年斗月6E t学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：导师签名：辩明严刖电话：邮编：致谢光阴似箭，我的研究生学习阶段即将结束，回首间万千感慨!在论文完成之际，首先感谢我尊敬的导师一一陈朝阳教授，衷心的感谢他在我的研究生阶段所给予的学习上的指导和生活上的关心，他严谨的治学态度深深地影响了我。感谢张代胜教授在整个研究生学习过程中所给予的热心帮助和细心指导，张老师宽以待人严以律己的作风、严谨求实的科学态度和深厚的专业理论、豁达的胸襟，使我在学习和做人方面都受益匪浅，是我今后工作和学习的榜样。在此，谨向我尊敬的两位老师再次表示最诚挚的谢意!感谢谭继锦老师在我做课题和做论文期间给予的大力帮助，谭老师深厚的专业知识和敬业的科研态度为我今后的学习和工作树立了很好的榜样!感谢教研室石琴、尹安东、张卫华、徐建中、王荣贵、温千虹等老师在课题学习和试验测试期间给予的热心帮助!感谢李强、路瑞刚、怀自力、陆昌年、程小虎、刘丹、王毅、朱轶、邓超、刘