不同橫斷面的汽車車架有限元分析(共4頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上不同橫斷面的汽車車架有限元分析摘 要:汽車對(duì)汽車車架的各種性能有很高的要求，而汽車的縱梁和橫梁構(gòu)成了汽車車架的主要框架。本文采用相同橫截面積的梁，但具都有不同的斷面形狀，由此來(lái)分析對(duì)比不同斷面形狀的梁的不同性能。關(guān)鍵詞:車架;有限元分析;不同橫斷面1.前言汽車是用車架把發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和車身中各主要總成連成一體的。車架的功用是做這些總成的安裝基體,承受這些總成的重量及其傳給車架的各種力, 也就是來(lái)自地面的各種作用力與反作用力，同時(shí)又承載著車廂貨物的重力，所以說(shuō)汽車的車架在整個(gè)汽車結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著很重要的作用，整個(gè)車架的性能是汽車性能的基礎(chǔ)。因此車架的可靠性關(guān)系到整車能否正常運(yùn)

2、行,甚至關(guān)系到人的生命安全,設(shè)計(jì)過(guò)程中必須保證車架的剛度強(qiáng)度符合要求。因而車架強(qiáng)度分析是設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)已普遍采用有限元分析來(lái)解決這類問(wèn)題。有限元法是一種數(shù)值計(jì)算近似方法,它以位移法為基礎(chǔ),將對(duì)象離散化,計(jì)算出各個(gè)單元的應(yīng)力和位移。本文以ANSYS為分析平臺(tái),在ANSYS軟件中建立車架的幾何模型和有限元模型,對(duì)車架進(jìn)行有限元分析。2.模型的建立本文將橫截面積統(tǒng)一設(shè)為4400mm2，即橫斷面的形狀不同，但是橫斷面的面積是相同的，均為4400mm2。橫斷面取三種：工字型梁、口字型梁、口字型梁。工字型梁的上下梁厚度為8mm，寬度為150mm，中間梁高度為200m

3、m，厚度為10mm；口字型梁的上下梁寬度也是150mm，厚度為6mm，兩個(gè)中間梁高度也是200mm，厚度為6.5mm；口字型梁的長(zhǎng)度和厚度都與口字型梁的相同，只是的豎梁距離邊框有18mm的距離（雙工字型）。梁的長(zhǎng)度都取1000mm。3.劃分網(wǎng)格 有限元分析采用的是離散化的方法，用不同的單元類型將連續(xù)的實(shí)體結(jié)構(gòu)切割成若干份，單元的大小一般要根據(jù)所要求的計(jì)算精度等方面來(lái)綜合考慮。選擇適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格密度能夠有效地幫助程序的收斂。網(wǎng)格劃分太稀會(huì)導(dǎo)致誤差較大, 劃分太密會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間, 計(jì)算費(fèi)用很高, 而且對(duì)程序的收斂所起得效果也不明顯。網(wǎng)格密度可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況及精度的要求等進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)分析認(rèn)為單元

4、網(wǎng)格的尺寸在1-3mm之間比較合適，能夠滿足精度要求且計(jì)算費(fèi)用也不是太高。采用薄殼shell63單元類型進(jìn)行分析，建立三維模型。網(wǎng)格密度設(shè)為2mm，具體網(wǎng)格劃分情況見(jiàn)下表1所示。表1 不同梁網(wǎng)格劃分情況表網(wǎng)格密度單元數(shù)目節(jié)點(diǎn)數(shù)目工字型梁0.0213001377口字型梁0.0218951921口字型梁0.0218001836具體三種梁的網(wǎng)格劃分如圖1、圖2、圖3所示。圖1工字梁的網(wǎng)格劃分示意圖4.邊界條件限制梁的一端面的所有自由度，在梁上表面施加大小為1.0×104pa的均布載荷，在梁的另一端的上表面中點(diǎn)處施加沿X反方向的大小為1000N的作用力，并在其下表面中點(diǎn)處施加沿X正方向的大小

5、為1000N的作用力。對(duì)車架的分析主要是在兩種工況在進(jìn)行，一種是彎曲工況，另一種是扭轉(zhuǎn)工況。對(duì)梁上表面施加1.0×104pa的均布載荷是模擬汽車的彎曲工況；對(duì)梁的一端施加兩個(gè)方向相反的作用力是模擬車架受到扭轉(zhuǎn)作用力時(shí)的受力情況。 圖3口字型梁的網(wǎng)格劃分示意圖 圖2 口字型梁的網(wǎng)格劃分示意圖5.計(jì)算結(jié)果及分析 首先，將計(jì)算結(jié)果列表如表2所示。表2 不同截面梁的計(jì)算結(jié)果對(duì)照表最小應(yīng)力最大位移最大應(yīng)力工字型梁0.524×1060.661×10-30.301×108口字型梁0.780×1060.117×10-30.173×108口字

6、型梁0.119×1070.0998×10-30.179×108觀察計(jì)算結(jié)果可以看出:工字型梁的最大應(yīng)力發(fā)生在梁的根部（限制約束的一端），其數(shù)值為0.301×108MPa，最大變形發(fā)生在受力的一端，而且最大位移值為0.661×10-3m，如圖4所示?？谧中土旱淖畲髴?yīng)力發(fā)生在施力一端，其數(shù)值為0.173×108 MPa，口字型梁已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重形變，最大位移值為0.117×10-3m，如圖5所示。 口字型梁的最大應(yīng)力發(fā)生在施力端，最大應(yīng)力數(shù)值為0.179×108 MPa，最大位移數(shù)值為0.0998×10-3 m，

7、如圖6所示。圖4 工字型梁應(yīng)力分布云圖工字型梁的最大應(yīng)力發(fā)生在上下表面的兩側(cè)，因?yàn)榇斯ぷ至旱囊欢耸菬o(wú)任何自由度的，即假想此端焊接在剛度和強(qiáng)度很大的結(jié)構(gòu)上，故采用工字型梁作為車架時(shí)應(yīng)注意一定要把上下表面與其他梁結(jié)構(gòu)焊接結(jié)實(shí)，因?yàn)樯舷卤砻娴膬蓚?cè)有最大的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，最容易開裂。如需改進(jìn)則可以在表面邊緣處焊加一個(gè)加強(qiáng)三角板，這樣會(huì)大大提高車架的扭轉(zhuǎn)剛度.口字型梁的最大應(yīng)力發(fā)生在上下表面與豎直面的焊接處，也就是說(shuō)在受到扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)，此處產(chǎn)生的應(yīng)力最大，最容易因焊接不實(shí)而使車架某處被“扭碎”?？谧中土旱淖畲髴?yīng)力也是發(fā)生在上下表面與豎直面交接處，此結(jié)構(gòu)與口字型梁很相像，只是兩個(gè)豎直面間的距離縮短了36mm，但是

8、從計(jì)算結(jié)果上看卻發(fā)生了較大的變化。兩個(gè)梁的最大應(yīng)力大小相差不大，但是最小應(yīng)力卻發(fā)生了較大的變化，從前者的0.780×106 MPa增加到后者的0.119×107MPa。同時(shí)，最大位移由口字型梁的0.117×10-3 m減小到口字型梁的0.0998×10-3 m。分析計(jì)算結(jié)果可知：在承受扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)，口字型梁的性能要好于口字型梁。主要是因?yàn)楹笳叩纳舷卤砻姘宓膬蓚?cè)各有18mm的空余，如講此空余拿掉，則轉(zhuǎn)化成了前者的結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，后者的兩側(cè)的空余沒(méi)有發(fā)揮出或者沒(méi)有充分發(fā)揮出抗扭的性能，故在相同質(zhì)量的情況下，前者比后者的抗扭性能要好。在承受彎曲載荷時(shí)，口字型梁的

9、性能要好于口字型梁。主要是因?yàn)楹笳邔韶Q直面間的距離縮短了36mm，增強(qiáng)了抗彎的強(qiáng)度，而此時(shí)上下表面在抗彎性能方面上的差異很小，故在相同質(zhì)量的情況下，后者比前者的抗彎性能要好。圖5 梁應(yīng)力分布云圖 圖6 梁應(yīng)力分布云圖6.總結(jié)經(jīng)過(guò)以上的分析計(jì)算，在相同質(zhì)量的情況下，不同斷面形狀的梁具有不同的性能。在相同的受力情況下，工字型梁產(chǎn)生的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后兩者；口字型梁的抗扭性能要優(yōu)于口字型梁；口字型梁的抗彎性能要優(yōu)于口字型梁。同樣多的材料，我們可以根據(jù)不同的需要、不同的工況來(lái)選擇不同的形狀的梁結(jié)構(gòu)，已達(dá)到車架對(duì)于安全性、輕量化的要求。有限元分析與理論分析的結(jié)果相近, 說(shuō)明本文分析具有一定的準(zhǔn)確性, 對(duì)模型設(shè)計(jì)及靜載試驗(yàn)研究有一定的參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)：1馬