翼展車廂有限元分析與輕量化設(shè)計.pdf

1、翼展式廂式貨車車廂骨架是重要的承載件，它的質(zhì)量也占貨車整車整備質(zhì)量的三分之一左右。車廂骨架的輕量化設(shè)計對減輕汽車的質(zhì)量有著非常重要的意義。本文就是通過對翼展式廂式貨車車廂骨架有限元的分析計算，尋求切實可行的車廂骨架輕量化途徑。 有限元法已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車設(shè)計的重要工具之一，與傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，它的優(yōu)勢在于提高汽車產(chǎn)品的質(zhì)量、降低產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)制造成本，提高汽車產(chǎn)品在市場上的競爭力。為了促進(jìn)廂式貨車車廂設(shè)計水平的提高，保證整車在市

2、場上的競爭能力，必須將廂式貨車車廂有限元分析技術(shù)提高到戰(zhàn)略的高度上來。 廂式貨車作為耗油大戶，其節(jié)能與否已直接影響到我國整體的能源消耗水平，國家對此高度重視。由于汽車輕量化對節(jié)能增效的巨大意義，國際各大汽車生產(chǎn)商都在盡可能的情況下減輕車身質(zhì)量。汽車的輕量化設(shè)計技術(shù)已經(jīng)成為目前汽車研究領(lǐng)域的研究熱點之一。 由于貨車的使用條件十分惡劣，受力狀況非常復(fù)雜。骨架應(yīng)有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機(jī)構(gòu)之間的相對位置在汽車行駛過

3、程中保持不變并使車身的變形最??；骨架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，以保證其有足夠的可靠性與壽命。骨架剛度不足會引起振動和噪聲，也使得汽車的乘坐舒適性、操作穩(wěn)定性及某些機(jī)件的可靠性下降。因此，如何設(shè)計出滿足使用要求的輕量化骨架成了一項具有挑戰(zhàn)性的工作。 本文利用有限元分析軟件ANSYS 對某翼展式廂式貨車車廂骨架進(jìn)行了分析和研究，討論了該骨架靜態(tài)時在純彎曲工況、彎扭工況、制動工況和緊急轉(zhuǎn)彎工況下的強(qiáng)度和剛度。分析結(jié)果表明，該車架的應(yīng)力值小于材

4、料的強(qiáng)度極限，滿足設(shè)計的要求，骨架變形不是很大，也符合設(shè)計要求。 本文還進(jìn)行了車架的動態(tài)分析，主要是模態(tài)分析，它是結(jié)構(gòu)動態(tài)設(shè)計的核心，克服　了靜態(tài)方法的局限性，強(qiáng)調(diào)從結(jié)構(gòu)的整體考慮問題。通過對骨架進(jìn)行模態(tài)分析，計算出骨架的模態(tài)振型與相應(yīng)的固有頻率，通過固有頻率與振型從整體上考慮車架的局部強(qiáng)度問題。 改進(jìn)設(shè)計可以使用各種方法，本課題在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，ANSYS 軟件中自帶的優(yōu)化模塊，用搜索可行域、進(jìn)行循環(huán)計算的方法不適用于

5、整個車廂骨架這種構(gòu)件復(fù)雜、尺寸繁多對象的應(yīng)用。根據(jù)該貨車車廂骨架的特點，論文提出了幾種方案對骨架進(jìn)行了輕量化設(shè)計。一些對強(qiáng)度、剛度影響小的構(gòu)件，直接進(jìn)行改進(jìn)，而一些重要構(gòu)件則進(jìn)行了不同工況水平下的多次計算，從中尋求輕量化設(shè)計方案。計算結(jié)果表明，這種方法切實可行，具有明顯效果。通過對車廂骨架結(jié)構(gòu)的分析計算，最后使質(zhì)量成功下降了95.8Kg。 最后，以車架縱梁和橫梁截面尺寸作為設(shè)計變量，以車架總體積為設(shè)計目標(biāo)，運用ANSYS 優(yōu)化模