鄭州輕工業(yè)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目基于ANSYS汽車車架可靠性分析研究學(xué)生姓名劉傲鵬專業(yè)班級機(jī)設(shè)06-5學(xué)號0524院（系）機(jī)電工程學(xué)院指引教師李育文（專家）完畢時間年5月20日

鄭州輕工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目基于ANSYS汽車車架可靠性分析研究專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化班級機(jī)設(shè)06-5班學(xué)號24號姓名劉傲鵬重要內(nèi)容：測繪得到一部車架尺寸，在此基本上使用Pro/E建模。將實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS，建立車架有限元模型。通過對有限元模型動靜態(tài)分析，得出該車架可靠性參數(shù)。基本規(guī)定：建立對的有限元模型對車架進(jìn)行典型工況靜態(tài)和動態(tài)分析，并在此基本上進(jìn)行可靠性分析，得出車架可靠性參數(shù)。重要參照資料：汽車可靠性工程基本ANSYS10.0有限元分析自學(xué)手冊ANSYS8.0構(gòu)造分析及實(shí)例解析汽車當(dāng)代設(shè)計制造完成期限：.3.1－.6.10指引教師簽章：專業(yè)負(fù)責(zé)人簽章：03月01日

基于ANSYS汽車車架可靠性分析研究

摘要

本文以長春一汽輕型車廠生產(chǎn)華凱牌CA5160CLXYK28L5BE3A型倉柵運(yùn)送車車架為研究對象，對其進(jìn)行了靜力和模態(tài)分析，在此基本上研究了車架可靠性。車架尺寸在河南名優(yōu)汽配廣場測得，某些重要參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)查得。車架實(shí)體模型在Pro/E中裝配，然后通過接口導(dǎo)入ANSYS中。本文一方面建立了以實(shí)體單元為基本單元車架有限元模型，在此模型基本上進(jìn)行彎曲和彎扭聯(lián)合工況分析，得到了車架各工況下應(yīng)力分布，然后對車架進(jìn)行模態(tài)分析，得到車架各階固有頻率和固有振型，為后來高檔動應(yīng)力分析做準(zhǔn)備。最后，依照這些計算成果，找出車架最容易破壞地方，通過這一某些可靠度研究來分析整個車架可靠性。當(dāng)前人們對使用這種辦法進(jìn)行車架分析已有諸多研究，但是對使用這種辦法進(jìn)行車架分析過程及某些注意問題研究還很少，因此就會導(dǎo)致剛?cè)腴T某些工程人員使用這種辦法進(jìn)行分析時走諸多彎路，甚至得到成果是錯誤。本文通過對車架有限元構(gòu)造分析來講述分析過程及注意事項，為有限元分析技術(shù)應(yīng)用于車架設(shè)計提供了一種規(guī)范化過程與環(huán)節(jié)。核心詞Pro/E；ANSYS；靜力分析；模態(tài)分析；可靠性

StudyonReliabilityofFrameBasedonANSYS

Abstract

Inthispaper，thestaticandmodalofChangchunFAWLightVehicleProductionHuakaibrandCA5160CLXYK28L5BE3Atypetruckframeisanalyzed.FramesizeismeasuredinHenanfamousAutoPlaza，someimportantparametersthroughthenetworktolookup.FramesolidmodelisassembledinPro/E，andthenimportedintoANSYS.FrameFEMcomputationmodeltakingsolidasbasicunitisestablished.Basedonthismodel，firstly，staticisanalyzedandthestressdistributionofframeundervariousstaticworkingconditionisattained；secondly，modalanalysisofframeiscarriedoutandnaturalfrequencyandmodesofthisframeisreceived，thedynamicstressanalysisoffuturehigh-levelpreparation.Finally，accordingtotheresults，identifythemosteasilydamagedpartsoftheframe，andthentoevaluatethereliabilityofthispartofthereliabilityoftheentireframe.Nowpeopleusethismethodofframeanalysishasbeenalotofresearch，however，theuseofthismethodshouldbenotedthatveryfewpeoplestillstudyarea，itwillleadtoanumberofengineershasjuststartedtousethismethodofanalysis，takingmanydetours，andeventheresultsobtainediswrong.Basedontheframefiniteelementanalysistodescribetheprocessofanalysisandattentionaremattersforthefiniteelementanalysistechnologytoprovideastandardizedframedesignprocessandsteps.

KeywordsPro/E；ANSYS；staticanalysis；modalanalysis；reliability目錄中文摘要英文摘要1緒論 11.1課題背景 11.2論文選題意義與目 11.2.1論文選題意義 11.2.2論文選題目 21.3有限元法在車架構(gòu)造設(shè)計中應(yīng)用現(xiàn)狀及問題 21.3.1車架構(gòu)造設(shè)計與分析概述 21.3.2車架構(gòu)造有限元模型形式 21.3.3有限元法在車架構(gòu)造分析中存在問題 31.4本文重要研究內(nèi)容 32ANSYS軟件簡介 42.1ANSYS重要功能 42.2ANSYS提供分析類型 42.3ANSYS典型分析環(huán)節(jié) 52.3.1建立有限元模型 52.3.2加載求解 62.3.3查看求解成果 72.4本章小結(jié) 73車架實(shí)體模型建立 83.1車架總體簡介 83.2Pro/Engineer基本功能 83.3模型簡化 93.5Pro/E使用經(jīng)驗(yàn) 133.6本章小結(jié) 154車架有限元模型建立 164.1Pro/E和ANSYS連接 164.2單位轉(zhuǎn)換 174.2.1單位轉(zhuǎn)換因素 174.2.2單位制問題解決辦法 174.3模型導(dǎo)入 194.4有限元模型建立 194.5Booleans運(yùn)算 224.5.1未進(jìn)行Booleans運(yùn)算分析成果 224.5.2Booleans運(yùn)算命令選取 254.6干涉問題 254.6.1裝配體中有零件干涉將會浮現(xiàn)問題 264.6.2裝配體中零件間發(fā)生干涉后解決辦法 294.7由于鏡像命令而引起模型損失問題 314.7.1模型損失問題描述 314.7.2模型損失問題解決辦法 324.8本章小結(jié) 325車架靜力分析 335.1 車架構(gòu)造有限元分析類型 335.2 SOLID92單元簡介 335.3汽車彎曲工況分析 345.3.1求解 345.3.2后解決 385.4汽車彎扭聯(lián)合工況分析 405.4.1求解 405.4.2后解決 425.5車架ANSYS靜力分析經(jīng)驗(yàn) 435.5.1對象選取問題 435.5.2施加面力問題 445.5.3重力方向問題 445.5.4劃分網(wǎng)格問題 445.5.5單獨(dú)查看某個零件成果難題 455.6本章小結(jié) 466車架模態(tài)分析 476.1模態(tài)分析理論基本 476.2車架模態(tài)分析類型 486.3兩種狀態(tài)時成果對比分析 526.3.1兩種狀態(tài)時固有頻率 526.3.2兩種狀態(tài)下車架前十階振型對照圖 536.4模態(tài)分析中約束問題 646.5模態(tài)分析中要不要考慮重力 656.7本章小結(jié) 667可靠性分析 677.1可靠性概述 677.1.1可靠性發(fā)展簡史 677.1.2現(xiàn)階段可靠性工作特點(diǎn) 677.1.3國內(nèi)可靠性研究現(xiàn)狀 677.2常規(guī)設(shè)計與可靠性設(shè)計 677.3ANSYS可靠性分析功能 687.3.1蒙特卡羅法 687.3.2響應(yīng)面法 697.3.3可靠性分析普通環(huán)節(jié) 707.4車架可靠性 707.4.1該分析假設(shè) 707.4.2變量擬定 707.4.3縱梁可靠性分析過程 717.5本章小節(jié) 788論文總結(jié) 798.1所做工作 798.2需要進(jìn)一步改進(jìn)地方 79致謝 80參照文獻(xiàn) 811緒論計算機(jī)浮現(xiàn)給社會帶來了深刻變革，同步也為工程構(gòu)造設(shè)計、制造提供了強(qiáng)有力工具。汽車產(chǎn)業(yè)屬于高科技產(chǎn)業(yè)，要設(shè)計生產(chǎn)出性能優(yōu)越、安全可靠汽車，不應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計分析是主線不也許實(shí)現(xiàn)。因而，汽車各個生產(chǎn)設(shè)計部門都非常注重在設(shè)計制造過程中采用計算機(jī)技術(shù)。其中，用于構(gòu)造設(shè)計中有限元法是近幾十年發(fā)展起來新計算辦法和技術(shù)，可以解決以往許多手工計算無法解決問題，為公司帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[1]。1.1課題背景當(dāng)十八世紀(jì)即將卸下帷幕時候，浮現(xiàn)了一種當(dāng)時人們都不屑交通工具。可是誰也沒有想到它會發(fā)展那么快，對當(dāng)前人們生活會有那么大影響。這種交通工具就是汽車。而當(dāng)時人們最熱衷馬車卻早已不見蹤影。百年來發(fā)展，當(dāng)前汽車已經(jīng)超過了交通工具范疇，正在朝著個性化方向發(fā)展。雖然如此，汽車可靠性還是不容忽視，如近來豐田汽車（Toyota）發(fā)生因制動腳踏板、電子制動積極系統(tǒng)所引起召回門事件，在常人看來，一方面是由于“豐田”擴(kuò)張過快，所導(dǎo)致了公司在發(fā)展速度上無暇顧及發(fā)展過后穩(wěn)妥質(zhì)量把握問題；另一方面“豐田”控制成本讓世界感到驚訝。因此，在“豐田”汽車質(zhì)量問題在北美東窗事發(fā)之際，汽車可靠性，儼然已經(jīng)成為令人注目大問題。當(dāng)代公司為了發(fā)展，在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計上就必要短開發(fā)周期，進(jìn)而減少開發(fā)成本，而運(yùn)用有限元軟件對產(chǎn)品進(jìn)行分析正好滿足公司規(guī)定。特別是誕生于七十年代ANSYS軟件，由于其出眾功能和幾乎完美計算而席卷了有限元大半個市場。車架是汽車各總成安裝基體，它功能是將發(fā)動機(jī)、底盤、車身等總成連成一輛完整汽車。在行駛中，它不但要承受汽車各總成質(zhì)量和有效載荷，并且還要承受行駛時所產(chǎn)生各種靜載荷和動載荷[2]。由于當(dāng)前汽車不斷向著高速化發(fā)展，為了保證安全行駛，因此車架設(shè)計可靠性就顯得非常重要了。運(yùn)用ANSYS軟件對汽車車架進(jìn)行可靠性分析，可以在設(shè)計階段判斷車架壽命薄弱位置，通過修改設(shè)計可以預(yù)先避免不合理強(qiáng)度剛度分布。因而，它可以減少實(shí)驗(yàn)樣機(jī)數(shù)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，進(jìn)而減少開發(fā)成本，提高市場競爭力。因而，正是基于以上狀況，我選取了課題《基于ANSYS汽車車架可靠性分析研究》作為自己畢業(yè)設(shè)計。但愿我工作對此后使用ANSYS分析汽車車架可靠性并由此而進(jìn)行車架設(shè)計提供理論支持和數(shù)據(jù)參照。1.2論文選題意義與目1.2.1論文選題意義隨著當(dāng)代汽車設(shè)計規(guī)定日益提高，將有限元法運(yùn)用于車架設(shè)計已經(jīng)成為必然趨勢，重要體當(dāng)前：運(yùn)用有限元法對初步設(shè)計車架進(jìn)行輔助分析將大大提高車架開發(fā)、設(shè)計、分析和制造效能和車架性能[3]。車架在各種載荷作用下，將發(fā)生彎曲、偏心扭轉(zhuǎn)和整體扭轉(zhuǎn)等變形。老式車架設(shè)計辦法很難綜合考慮汽車復(fù)雜受力及變形狀況，有限元法正好可以解決這一問題[4]。運(yùn)用有限元法進(jìn)行構(gòu)造模態(tài)分析，可以得到車架構(gòu)造動態(tài)特性。從設(shè)計上避免車架浮現(xiàn)共振現(xiàn)象。通過可靠性計算模塊，能預(yù)測產(chǎn)品可靠度，為產(chǎn)品設(shè)計及投入市場提供根據(jù)。綜上所述，有限元法已經(jīng)成為當(dāng)代汽車設(shè)計重要工具之一，在汽車產(chǎn)品更新速度越來越快，設(shè)計成本越來越低和舒服性規(guī)定越來越高今天，對于提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量、減少產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)制導(dǎo)致本，提高汽車產(chǎn)品在市場上競爭能力具備重要意義。1.2.2論文選題目通過本文研究，基本達(dá)到如下目：建立車架構(gòu)造有限元分析規(guī)范化環(huán)節(jié)，為將有限元技術(shù)應(yīng)用于車架設(shè)計做好基本性工作。通過運(yùn)用有限元軟件對車架構(gòu)造進(jìn)行分析，可供車架設(shè)計關(guān)于人員提供參照。對所研究車架進(jìn)行構(gòu)造靜、動態(tài)特性分析，為車架設(shè)計提供理論支持。講述分析過程及注意是事項，提供實(shí)際參照價值。1.3有限元法在車架構(gòu)造設(shè)計中應(yīng)用現(xiàn)狀及問題1.3.1車架構(gòu)造設(shè)計與分析概述初期車架設(shè)計采用設(shè)計和實(shí)驗(yàn)交叉進(jìn)行[5-6]，即在車架構(gòu)造定型之前去往通過多輪設(shè)計，設(shè)計面對對象是實(shí)物，需要通過樣品制造—實(shí)驗(yàn)—修改—再設(shè)計往復(fù)，這種方式不可避免地導(dǎo)致整個設(shè)計過程周期長，以及人力、物力和財力資源嚴(yán)重?fù)]霍。那個時候車架構(gòu)造性能計算是通過將車架簡化成單根縱梁，進(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核，由于諸多梁是變截面，這樣就不得不在變截面處使用多根梁來模仿，這種辦法算得成果誤差很大。接著提出車架構(gòu)造扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算辦法，但是只能計算純扭轉(zhuǎn)工況，不能考慮車架實(shí)際工況，并且計算比較復(fù)雜，工作量大，在實(shí)際運(yùn)用中存在著很大困難。日后，人們將比較設(shè)計思想應(yīng)用于車架設(shè)計中。這種設(shè)計辦法是以同一類型成熟樣車為參照來進(jìn)行車架設(shè)計，由于這樣對照設(shè)計考慮因素比較少并且設(shè)計出來產(chǎn)品比較安全，因此當(dāng)前依然是車架構(gòu)造初步設(shè)計重要辦法，但是，這種辦法也許導(dǎo)致車架各處強(qiáng)度不均勻，某些局部強(qiáng)度富裕較大，產(chǎn)生材料揮霍等現(xiàn)象。20世紀(jì)60年代以來，由于電子計算機(jī)迅速發(fā)展，有限元法在工程上獲得了廣泛應(yīng)用[7-12]。有限元法不需要對所分析構(gòu)造進(jìn)行嚴(yán)格簡化，既可以考慮各種計算規(guī)定和條件，也可以計算各種工況，并且計算精度高。有限元法將具備無限個自由度持續(xù)體離散為有限個自由度單元集合體，使問題簡化為適合于數(shù)值解法問題。只要擬定了單元力學(xué)特性，就可以按照構(gòu)造分析辦法求解，使分析過程大為簡化，配以計算機(jī)就可以解決許多解析法無法解決復(fù)雜工程問題。當(dāng)前，有限元法已經(jīng)成為求解數(shù)學(xué)、物理、力學(xué)以及工程問題一種有效數(shù)值辦法[13]。1.3.2車架構(gòu)造有限元模型形式有限元分析是用一組離散化單元集合來代替持續(xù)體構(gòu)造進(jìn)行分析，這種單元集合體稱為有限元模型[14]。如果已知各個單元剛度特性，就可以依照節(jié)點(diǎn)變形持續(xù)條件和平衡條件推出構(gòu)造特性并研究其性能。由于有限元法是一種近似數(shù)值辦法，其計算成果是近似解，精度重要取決于離散化誤差。因而，有限元模型建立是進(jìn)行有限元分析核心性一步。依照采用單元形式，車架有限元模型可以分為梁單元模型、板殼單元模型和實(shí)體單元模型。梁單元模型將車架簡化為一組兩個節(jié)點(diǎn)梁單元構(gòu)成框架構(gòu)造，用梁單元截面特性反映車架實(shí)際構(gòu)造特性。這種構(gòu)造單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)目少，計算速度快；但是計算精度低，并且不能解決應(yīng)力集中問題。梁單元模型合用于車架構(gòu)造初步方案設(shè)計。板殼單元模型用板殼單元將車架縱、橫梁及連接板進(jìn)行離散化，用板殼單元厚度描述零件厚度。這種構(gòu)造單元精確描述了形狀復(fù)雜車架構(gòu)造，大大提高了有限元分析精度，可以解決連接部位應(yīng)力問題；但是這種模型單元與節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，前解決工作量大，需要計算機(jī)內(nèi)存大，計算速度慢。板殼單元模型合用于對車架分析精度規(guī)定較高場合。實(shí)體單元模型可以較好地分析車架縱梁和橫梁連接處應(yīng)力變化狀況，但是用作模態(tài)分析時，往往存在剛性過大現(xiàn)象[3]。1.3.3有限元法在車架構(gòu)造分析中存在問題采用恰當(dāng)有限元模型，對汽車車架構(gòu)造進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析正在成為一種慣用分析手段，但對汽車車架構(gòu)造進(jìn)行有限元動力響應(yīng)分析研究當(dāng)前還很不成熟。[15]可靠性規(guī)定已經(jīng)成為當(dāng)代汽車設(shè)計重要任務(wù)。如何在設(shè)計階段估算車架可靠性已成為急需解決問題。采用實(shí)體單元建立車架有限元模型，板殼之間鉚釘及螺栓連接模仿形式對于汽車車架構(gòu)造分析成果有較大影響，如何建立這種連接方式是一種值得探討問題。近些年來，大多數(shù)國內(nèi)汽車廠家已花巨資購買了各種與有限元分析有關(guān)商業(yè)化軟件。這些軟件功能完備，精度高，以及通用性和可靠性好，如何學(xué)習(xí)、消化與吸取花巨資引進(jìn)軟件，為我所用，是實(shí)際工作必要面對問題，對于汽車車架構(gòu)造有限元分析更是如此[15]。1.4本文重要研究內(nèi)容ANSYS是大型通用有限元軟件，其功能強(qiáng)大，可靠性好，具備強(qiáng)大構(gòu)造分析能力和優(yōu)化設(shè)計模塊，因而被國外大多數(shù)汽車公司所采用。本文將基于ANSYS建立車架構(gòu)造有限元模型，對汽車車架構(gòu)造進(jìn)行靜力和動力分析。一方面，對ANSYS進(jìn)行了簡要簡介，為車架構(gòu)造有限元分析做好準(zhǔn)備工作；然后，以長春一汽輕型車廠生產(chǎn)華凱牌CA5160CLXYK28L5BE3A型倉柵運(yùn)送車車架構(gòu)造為研究對象，運(yùn)用Pro/E建立了車架構(gòu)造實(shí)體單元模型，然后導(dǎo)入ANSYS對構(gòu)造靜、動態(tài)特性進(jìn)行進(jìn)一步研究，對車架進(jìn)行可靠性評價，并給出某些分析環(huán)節(jié)和某些實(shí)用技巧及注意事項。

2ANSYS軟件簡介ANSYS公司是由美國知名力學(xué)專家美國匹茲堡大學(xué)力學(xué)系專家JohnSwanson博士于1970年創(chuàng)立并發(fā)展起來，是當(dāng)前世界CAE行業(yè)中最大公司。通過30近年發(fā)展，ANSYS軟件不斷發(fā)展提高，當(dāng)前已發(fā)展到12.0版本[14]。在汽車行業(yè)中，ANSYS廣泛應(yīng)用于各大汽車總成，涉及車架、車身、車橋、離合器、輪胎、殼體等零部件以及整車通過性和平順性分析，大大提高了汽車設(shè)計水平，正在成為設(shè)計計算強(qiáng)有力工具之一。2.1ANSYS重要功能ANSYS有限元軟件包是一種多用途有限元法計算機(jī)設(shè)計程序，可以用來求解構(gòu)造、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因而它可應(yīng)用于如下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動器械等。軟件重要涉及三個某些：前解決模塊，分析計算模塊和后解決模塊。前解決模塊前解決模塊提供了一種強(qiáng)大實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，顧客可以以便地構(gòu)造有限元模型。ANSYS前解決模塊重要有兩某些內(nèi)容：實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分。分析計算模塊分析計算模塊涉及構(gòu)造分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場耦合分析，可模仿各種物理介質(zhì)互相作用，具備敏捷度分析及優(yōu)化分析能力。后解決模塊后解決模塊可將計算成果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到構(gòu)造內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算成果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了200種以上單元類型，用來模仿工程中各種構(gòu)造和材料。2.2ANSYS提供分析類型ANSYS軟件提供分析類型如下：構(gòu)造靜力分析用來求解外載荷引起位移、應(yīng)力和力。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對構(gòu)造影響并不明顯問題。ANSYS程序中靜力分析不但可以進(jìn)行線性分析，并且也可以進(jìn)行非線性分析，如塑性、蠕變、膨脹、大變形、大應(yīng)變及接觸分析。構(gòu)造動力學(xué)分析構(gòu)造動力學(xué)分析用來求解隨時間變化載荷對構(gòu)造或部件影響。與靜力分析不同，動力分析要考慮隨時間變化力載荷以及它對阻尼和慣性影響。ANSYS可進(jìn)行構(gòu)造動力學(xué)分析類型涉及：瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動響應(yīng)分析。構(gòu)造非線性分析構(gòu)造非線性導(dǎo)致構(gòu)造或部件響應(yīng)隨外載荷不成比例變化。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，涉及材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。動力學(xué)分析ANSYS程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動。當(dāng)運(yùn)動積累影響起重要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜構(gòu)造在空間中運(yùn)動特性，并擬定構(gòu)造中由此產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變和變形。熱分析程序可解決熱傳遞三種基本類型：傳導(dǎo)、對流和輻射。熱傳遞三種類型均可進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)、線性和非線性分析。熱分析還具備可以模仿材料固化和熔解過程相變分析能力以及模仿熱與構(gòu)造應(yīng)力之間熱－構(gòu)造耦合分析能力。電磁場分析重要用于電磁場問題分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運(yùn)動效應(yīng)、電路和能量損失等。還可用于螺線管、調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、變換器、磁體、加速器、電解槽及無損檢測裝置等設(shè)計和分析領(lǐng)域。流體動力學(xué)分析ANSYS流體單元能進(jìn)行流體動力學(xué)分析，分析類型可覺得瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)。分析成果可以是每個節(jié)點(diǎn)壓力和通過每個單元流率。并且可以運(yùn)用后解決功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布圖形顯示。此外，還可以使用三維表面效應(yīng)單元和熱－流管單元模仿構(gòu)造流體繞流并涉及對流換熱效應(yīng)。聲場分析程序聲學(xué)功能用來研究在具有流體介質(zhì)中聲波傳播，或分析浸在流體中固體構(gòu)造動態(tài)特性。這些功能可用來擬定音響話筒頻率響應(yīng)，研究音樂大廳聲場強(qiáng)度分布，或預(yù)測水對振動船體阻尼效應(yīng)。壓電分析用于分析二維或三維構(gòu)造對AC（交流）、DC（直流）或任意隨時間變化電流或機(jī)械載荷響應(yīng)。這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其他電子設(shè)備構(gòu)造動態(tài)性能分析。可進(jìn)行四種類型分析：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析、瞬態(tài)響應(yīng)分析。2.3ANSYS典型分析環(huán)節(jié)2.3.1建立有限元模型指定工作文獻(xiàn)名和工作標(biāo)題該項工作并不是必要規(guī)定做，但是做對各種工程問題進(jìn)行分析時推薦使用工作文獻(xiàn)名和工作標(biāo)題。文獻(xiàn)名是用來辨認(rèn)ANSYS作業(yè)，通過為分析工程指定文獻(xiàn)名，可以保證文獻(xiàn)不被覆蓋。如果顧客在分析開始沒有定義工作文獻(xiàn)名，則所有文獻(xiàn)名都被默認(rèn)地設(shè)立為file。ANSYS工作文獻(xiàn)名可以通過如下方式進(jìn)行改寫：一是進(jìn)入ANSYS時通過入口選項進(jìn)行修改；二是進(jìn)入ANSYS后，可以通過如下命令或菜單方式進(jìn)行修改：Command:FILNAMEGUI:MainMenu-File-ChangeJobname定義工作標(biāo)題用下列命令或菜單方式定義工作標(biāo)題：command:TITLEGUI:UtilityMenu-File-ChangeTile定義單元類型和單元核心字ANSYS提供了將近200種不同單元類型，每一種單元類型均有自己特定編號和單元類型名，如PLANE182、SOLID90、SHELL208等；單元核心字定義了單元不同特性，如軸對稱，平面應(yīng)力等，顧客需依照需要選取相應(yīng)單元類型，并設(shè)立其核心字。隨著版本不斷升級，有些老單元被停用和新單元被添加。用下列命令或菜單方式定義單元類型：Command:ETGUI:MainMenu-Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete用下列命令或菜單方式定義單元核心字：Command:KEYOPTGUI:MainMenu-Preprocessor-ElementType-Add/Edit/Delete定義單元實(shí)常數(shù)實(shí)常數(shù)指某一單元補(bǔ)充幾何特性，如單元厚度、梁橫截面積和慣性矩等，指定了單元類型之后，應(yīng)依照單元類型指定相應(yīng)實(shí)常數(shù)。用下列命令或菜單方式定義單元實(shí)常數(shù)：Command:RGUI:MainMenu-Preprocessor-RealConstants-Add/Edit/Delte定義材料屬性在所有分析中都要輸入材料屬性，材料屬性依照分析問題物理環(huán)境不同而不同。如在構(gòu)造分析中必要輸入材料彈性摸量、泊松比；在熱構(gòu)造耦合分析中必要輸入材料熱導(dǎo)、線膨脹系數(shù)；如果在分析工程中需要考慮重力、慣性力，則必要要輸入材料密度。用下列命令或菜單方式定義材料屬性：Command:MP、TBGUI:MainMenu-Preprocessor-MaterialPropsANSYS定義了上百種材料模型，顧客只需要按照模型格式輸入有關(guān)數(shù)據(jù)即可定義慣用材料和某些特定材料材料屬性。除了磁場分析之外，在輸入數(shù)據(jù)時顧客不需要指定ANSYS所用單位，但要注意保證所輸入量單位必要保持統(tǒng)一。創(chuàng)立幾何模型ANSYS提供了下列生成模型辦法：用ANAYS直接創(chuàng)立實(shí)體模型和輸入在計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)創(chuàng)立模型，本文采用第二種辦法，在Pro/E中創(chuàng)立模型。然后導(dǎo)入。采用實(shí)體建模有自底向上建模和自頂向下建模兩種辦法。所謂自底向上建模是指先定義核心點(diǎn)，然后運(yùn)用核心點(diǎn)定義較高檔實(shí)體圖元（即線、面和體）；而自頂向下建模是指生成體素，屬于該體素較低檔圖元會由ANSYS自動生成。在實(shí)體建模過程中，這兩種建模技術(shù)可以自由組合。進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分有限元模型是將幾何模型劃分為有限個單元，單元間通過節(jié)點(diǎn)相連接，在每個單元和節(jié)點(diǎn)上求解物理問題近似解。2.3.2加載求解在有限元模型建立之后，可以運(yùn)用SOLUTION解決器定義分析類型和分析選項，施加載荷，指定載荷步長，進(jìn)行求解。詳細(xì)環(huán)節(jié)如下：定義分析類型和分析選項ANSYS分析類型涉及：靜態(tài)、瞬態(tài)、調(diào)諧、模態(tài)、譜分析、撓度和子構(gòu)造分析等，顧客可以依照需要解決工程問題進(jìn)行選取。加載ANSYS載荷可分為六大類：位移約束、力、表面分布載荷、體積載荷、慣性載荷、耦合場載荷。這些載荷大某些可以施加到集合模型上，涉及核心點(diǎn)、線和面；也可以施加到有限元模型上，涉及單元和節(jié)點(diǎn)。指定載荷步選項載荷步選項功能是對載荷步進(jìn)行修改和控制，涉及對子步數(shù)、步長和輸出控制等。求解初始化該項重要功能是在ANSYS程序數(shù)據(jù)庫中獲得模型和載荷信息，進(jìn)行計算求解，并將成果數(shù)據(jù)寫入到成果文獻(xiàn)（Jobname.RST、Jobname.RTH、Jobname.RMG和Jobname.RFL）和數(shù)據(jù)庫中。2.3.3查看求解成果程序計算完畢之后，可以通過通用后解決POST1和時間歷程后解決POST26查看求解成果。POST1用于查看整個模型或某些模型在某一時間步計算成果，POST26后解決器用于查看模型特定點(diǎn)在所有時間步內(nèi)計算成果。2.4本章小結(jié)對有限元分析軟件ANSYS發(fā)展過程、特點(diǎn)及功能進(jìn)行了簡要概述，并對ANSYS典型分析環(huán)節(jié)做了簡介，為后來應(yīng)用該軟件做好了準(zhǔn)備。

3車架實(shí)體模型建立由于ANSYS對復(fù)雜模型創(chuàng)立十分困難，因此在做本課題時采用在Pro/E中裝配車架實(shí)體模型，然后導(dǎo)入ANSYS通過前解決模塊操作使實(shí)體模型成為有限元模型。該車架尺寸在河南名優(yōu)汽配廣場測得。3.1車架總體簡介該車架是典型邊梁式構(gòu)造，重要由4根縱梁及八根橫梁構(gòu)成。整個車架先后等寬，車架長8241mm，寬870mm。車架材料為16Mn?？v梁和橫梁之間為鉚釘連接。第4、5、6、7根橫梁和內(nèi)縱梁通過厚5mm加強(qiáng)板鉚接。該車架實(shí)物圖如圖3.1。圖3.1華凱牌CA5160CLXYK28L5BE3A型倉柵運(yùn)送車車架實(shí)物圖3.2Pro/Engineer基本功能Pro/Engineer，簡稱Pro/E，是由美國PTC公司開發(fā)大型三維CAD/CAE/CAM一體化產(chǎn)品造型系統(tǒng)。Pro/E可以完畢特性建模、參數(shù)化設(shè)計、零件實(shí)體造型及裝配造型、完整工程圖產(chǎn)生等工作。通過原則數(shù)據(jù)互換格式，Pro/E可以輸出三維或二維圖形用于其他應(yīng)用軟件。使用Pro/E配備開發(fā)模塊或運(yùn)用C語言，顧客也可以擴(kuò)展與增強(qiáng)Pro/E功能。Pro/E基本功能是：特性建模在Pro/E中，特性是構(gòu)成模型基本單位，如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等特性。模型創(chuàng)立過程就是按照一定順序以“搭積木”方式添加各類特性過程，通過構(gòu)建不同特性建立幾何模型。參數(shù)化設(shè)計參數(shù)化設(shè)計是指設(shè)計者只需抓住圖形某一種典型特點(diǎn)繪出圖形大體形狀，通過向圖形添加恰當(dāng)約束條件規(guī)范其形狀，最后修改圖形尺寸數(shù)值，通過系統(tǒng)再生即可獲得需要圖形。支持大型、復(fù)雜組合件設(shè)計Pro/E支持大型、復(fù)雜組合件構(gòu)造和管理，可以運(yùn)用某些直觀命令，如“嚙合”、“插入”、“對齊”等，將基本零件裝配起來，形成組合件。整個設(shè)計環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)完全有關(guān)在整個設(shè)計過程，Pro/E各個模塊共享模型數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)，在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處數(shù)據(jù)修改了，整個設(shè)計中所有有關(guān)數(shù)據(jù)也隨之自動修改[16]。3.3模型簡化車架是一種大型復(fù)雜裝配體，如果不做某些優(yōu)化就進(jìn)行整體分析，不但實(shí)體建模費(fèi)時，并且在ANSYS環(huán)境下劃分網(wǎng)格就更困難，求解也要耗費(fèi)更多時間，這樣得到成果顯然不經(jīng)濟(jì)，甚至就求解不了，由于未經(jīng)簡化模型構(gòu)造比較復(fù)雜，越是復(fù)雜就越容易浮現(xiàn)錯誤。如果構(gòu)造通過合理簡化，不需要耗太多工夫而得到成果同樣很精確。做本課題時簡化構(gòu)件有：忽視所有倒角。例如縱梁和橫梁等上所有圓角過渡。如圖3.2。圖3.2車架縱梁和橫梁斷面形狀解決忽視縱梁和橫梁上所有直徑較小孔。這些孔有些是裝配孔，有些是防止應(yīng)力集中孔等。忽視所有螺栓和鉚釘。這些小部件在ANSYS中分網(wǎng)極其困難，并且需要諸多單元來模仿，如果不是專門進(jìn)行這些連接處分析，則不值得建這些零部件。去掉某些不影響整體車架性能零部件。例如備胎和油箱支架、橫梁上傳動軸支架等車架附屬件，如果對懸架使用彈簧和剛性桿單元模仿或者是通過指定位移模仿，則可忽視減震器建模簡化某些零件建模。例如先后鋼板彈簧支架建模，由于這些零部件都是鍛造，形狀很復(fù)雜，咱們只需依照其受力特點(diǎn)建出簡化模型即可。

3.4建模過程依照實(shí)地測量華凱牌CA5160CLXYK28L5BE3A型倉柵運(yùn)送車車架各個零件尺寸，創(chuàng)立各個零件。表1.1為該車某些參數(shù)。表3.1CA5160整車某些重要參數(shù)名稱數(shù)值車輛外形長(mm)8980車輛外形寬(mm)2490車輛外形高(mm)3740貨廂長(mm)6700貨廂寬(mm)2300貨廂高(mm)600整備質(zhì)量（Kg）6310總質(zhì)量（Kg）15505額定載質(zhì)量(kg)：9000軸荷：5610(前)9895（后）發(fā)動機(jī)功率(kw)：105發(fā)動機(jī)排量：4752發(fā)動機(jī)功率(kw)：105軸數(shù)：2依照3.3節(jié)簡化解決思路，共創(chuàng)立36個零件，各零件名稱列于表3.2。表3.2簡化后車架零件和零件數(shù)量名稱數(shù)量左外縱梁1右外縱梁1左內(nèi)縱梁1右內(nèi)縱梁1第一根橫梁1第二根橫梁1第三根橫梁（發(fā)動機(jī)后懸置梁）1第四根橫梁1第四根橫梁與縱梁槽型連接板2第五根橫梁1第五根橫梁與縱梁槽型連接板2第六根橫梁1第六根橫梁與縱梁槽型連接板2第七根橫梁1第七根橫梁與縱梁槽型連接板2第八根橫梁1前鋼板彈簧滑板端支架2前鋼板彈簧固定端支架2后鋼板彈簧滑板端支架2后鋼板彈簧固定端支架2后副鋼板彈簧支架4車廂緊固角鋼4

將這36個零件在Pro/E組件環(huán)境下裝配成如圖3.3和3.4車架實(shí)體模型。圖3.3車架整體視圖圖3.4車架三維實(shí)體模型由于發(fā)動機(jī)后懸置梁和外縱梁建模過程有某些非常簡樸過程，因此這里簡要闡明一下。發(fā)動機(jī)后懸置梁建模過程插入—掃描—伸出項，繪制如圖3.5掃描軌跡。圖3.5發(fā)動機(jī)后懸置梁草繪軌跡然后畫出截面形狀，最后得到發(fā)動機(jī)后懸置梁實(shí)體模型，如圖3.6。圖3.6發(fā)動機(jī)后懸置梁實(shí)體模型可見只要一種掃描命令即可建成發(fā)動機(jī)后懸置梁實(shí)體模型，如果使用拉伸命令則會很麻煩，因此在建模前不要盲目下手，先思考模型特點(diǎn)，這樣反而會節(jié)約諸多時間。左外縱梁建模過程使用拉伸命令創(chuàng)立如圖3.7所示實(shí)體圖3.7使用拉伸命令創(chuàng)立左外縱梁然后使用抽殼命令一步生成左外縱梁，注意抽殼時在參照里把三個不要面所有選中，這樣才干抽成圖3.8樣子。圖3.8左外縱梁模型局部視圖3.5Pro/E使用經(jīng)驗(yàn)Pro/E啟動速度很慢，為了加快啟動速度，可選?。汗ぞ摺ㄖ破聊弧獮g覽器，改為不選，或則干脆讓瀏覽器打開空頁面，設(shè)立辦法為在配備文獻(xiàn)中設(shè)立：web_browser_homepage:BLANK設(shè)立一種啟動目錄。這雖然是一種常識問題，但還是諸多人沒有注意到。啟動目錄是啟動Pro/E后軟件默認(rèn)工作目錄所在位置，如果不進(jìn)行修改話，那么設(shè)計文獻(xiàn)都將會缺省保存在這個位置，很不以便查找和保存。要養(yǎng)成經(jīng)常拭除不顯示文獻(xiàn)。如果使用Pro/E時間比較長，就會發(fā)現(xiàn)電腦運(yùn)營速度很慢，本來關(guān)閉窗口后，此前所有文獻(xiàn)還在內(nèi)存中，這是要咱們手動釋放這些內(nèi)存。有時咱們發(fā)現(xiàn)修改一種零件后并沒有保存，但是打開這個零件后發(fā)現(xiàn)是修改后樣子，本來Pro/E使用是暫存在內(nèi)存中最后修改文獻(xiàn)，這樣非常容易導(dǎo)致當(dāng)咱們再次打開電腦時發(fā)既有些零件還是修改前樣子，因此一定要養(yǎng)成經(jīng)常拭除不顯示文獻(xiàn)，一方面為了Pro/E速度，另一方面為了減少出錯機(jī)會。Pro/E經(jīng)常會由于種種因素自動關(guān)閉，因此應(yīng)養(yǎng)成建模過程經(jīng)常保存習(xí)慣。繪圖時，要培養(yǎng)使用鼠標(biāo)右鍵習(xí)慣，Pro/E會自動判斷何種環(huán)境下會有什么樣菜單命令。當(dāng)要打開一種組件中一種零件時，點(diǎn)瀏覽，在瀏覽窗口再點(diǎn)這個零件，然后這個零件就會單獨(dú)出當(dāng)前瀏覽窗口，就可以直接打開了。在裝配零件時，如果最后一種約束浮現(xiàn)約束無效提示時，這時不必刪除約束重裝，也不需要考慮需要什么約束，只需要在約束框下拉列表中選取另一種就能完全約束了。這里以第一根橫梁裝配為例來闡明。當(dāng)前兩個約束關(guān)系擬定后，最后這個關(guān)系不用選取，直接選取要約束元素，這時如果浮現(xiàn)圖3.9狀況，可按照圖3.10做法，然后就會浮現(xiàn)圖3.11完全約束提示。圖3.9系統(tǒng)提示約束無效圖3.10解決約束無效辦法圖3.11完全約束第一根橫梁3.6本章小結(jié)本章簡要簡介了Pro/E功能，列出了該車某些參數(shù)，依照簡化原則并結(jié)合測得數(shù)據(jù)在Pro/E中創(chuàng)立了該車架所有零件，然后在裝配環(huán)境下得到車架實(shí)體模型。

4車架有限元模型建立車架在Pro/E中裝配成實(shí)體模型后，必要導(dǎo)入到ANSYS中賦予屬性，劃分了單元才是有限元模型。本章講述車架有限元模型創(chuàng)立。4.1Pro/E和ANSYS連接Pro/E和ANSYS之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可通過中間數(shù)據(jù)格式，例如*.igs，但是實(shí)踐證明，這種辦法導(dǎo)入模型損失比較多，修補(bǔ)起來相稱麻煩。尚有一種辦法就是通過ANSYS安裝程序提供與Pro/E接口來配備。這種辦法導(dǎo)入模型質(zhì)量比較高，但是如果ANSYS版本比Pro/E版本發(fā)行時間早，連接起來就比較麻煩。本人使用Pro/E4.0和ANSYS11.0就屬于此種狀況。下面給出配備環(huán)節(jié)。在運(yùn)營ANSYS11.0安裝程序時候，選取連接軟件Pro/E，如圖4.1然后選取Pro/E安裝途徑，如圖4.2。圖4.1選取Pro/E圖4.2選取Pro/E安裝途徑安裝完畢后，找到你安裝盤:\ProgramFiles\ANSYSInc\v110\AISOL\CADIntegration\ProE\ProEPages\config，用記事本打開WBPlugInPE.dat文獻(xiàn)，對照下面代碼，把缺少斜體代碼加進(jìn)去。NAMEWB110PluginProWFEXEC_FILE$AWP_ROOT110\AISOL\CADIntegration\ProE\$ANSYS_SYSDIR\WBPlugInPEU.dllTEXT_DIR$AWP_ROOT110\AISOL\CADIntegration\ProE\ProEPages\Language\$AWP_LOCALE110STARTUPdlldelay_startFALSEallow_stopTRUEunicode_encodingFALSEREVISIONProEWildfireENDnameac4pro110dllexec_path$AWP_ROOT110\ANSYS\ac4\bin\pro\$ANSYS_SYSDIR\ac4pro.exetext_path$AWP_ROOT110\ANSYS\ac4\data\pro\textSTARTUPdlldelay_startFALSEallow_stopTRUEunicode_encodingFALSErevision24.0end當(dāng)前打開Pro/E，在菜單欄就會浮現(xiàn)ANSYS11.0菜單，如圖4.3圖4.3Pro/E中菜單4.2單位轉(zhuǎn)換4.2.1單位轉(zhuǎn)換因素在Pro/E中無論是出零件還是裝配體，所采用單位基本上都是公制，即mmns。而在ANSYS中分析時，往往不注意單位。當(dāng)結(jié)合這兩款軟件作分析時就會發(fā)現(xiàn)分析成果嚴(yán)重失常。究其因素，ANSYS中本來并沒有單位，只要把單位統(tǒng)一就不會浮現(xiàn)問題。例如長度為mm，時間為sec時，那么輸入重力加速度g就只能是9800了，而如果輸入9.800，其分析成果可想而知了。再例如在Pro/E里面采用長度單位是米，那么彈性模量單位就是Pa，如果在ANSYS中再把彈性模量單位當(dāng)做MPa，成果必定偏離厲害，其他物理量也是類似狀況。4.2.2單位制問題解決辦法所覺得了保證咱們分析得到是對的成果，有下面2中辦法：建模時只擬定幾種物理量單位，在ANSYS中輸入?yún)?shù)時候，將所有物理量單位都依照擬定量單位做相應(yīng)轉(zhuǎn)化。這里簡稱這種辦法為統(tǒng)一法。建模時就使用國際單位，在ANSYS中輸入?yún)?shù)時候，所有物理量單位都按照國際單位。這里簡稱這種辦法為原則法。顯而易見，原則法簡樸、工作量小、易于讀懂成果數(shù)據(jù)并且不易出錯。因此本課題在將車架實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS分析前，先把裝配體中單位轉(zhuǎn)化為國際原則單位。詳細(xì)環(huán)節(jié)如下：在Pro/E中選取“編輯—設(shè)立—單位”，然后新建單位制，所有采用國際原則單位制，即長度：m；質(zhì)量：kg；時間：sec；溫度：k；如圖4.4所示。圖4.4在Pro/E中新建單位制圖4.5Pro/E中變化模型單位對話框接著選中剛才建立國際原則單位制mnsk，點(diǎn)擊“設(shè)立”，彈出如圖2.2對話框。為了確認(rèn)單位轉(zhuǎn)換與否成功，咱們分別測量了轉(zhuǎn)換先后車架寬度，分別如圖4.6和圖4.7?？梢?，車架寬度已從轉(zhuǎn)換前870變成了當(dāng)前0.87，即裝配體中mmns單位制已成功轉(zhuǎn)化為國際原則單位制。圖4.6單位轉(zhuǎn)換前車架寬度圖4.7單位轉(zhuǎn)換后車架寬度圖4.8切換到國際單位制后ANSYS單位圖4.9數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS時確認(rèn)框再啟動ANSYSGeom，導(dǎo)入模型后，一方面運(yùn)營“/units,si”，把系統(tǒng)單位制切換到國際單位制。運(yùn)營“/status,units”查看單位，如圖4.8所示：至此，將在Pro/E中所裝配車架導(dǎo)入ANSYS分析時，浮現(xiàn)由于單位制導(dǎo)致分析成果異常問題已經(jīng)解決。4.3模型導(dǎo)入裝配好車架通過檢查沒問題后，一方面進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換，然后在Pro/E菜單中依次選取ANSYS11.0>ANSYSGeom,啟動ANSYS，在浮現(xiàn)如圖4.9消息框點(diǎn)擊OK，然后在ANSYS菜單里依次選用Plot>Volumes,這時車架即顯示在了ANSYS圖像顯示窗口里。4.4有限元模型建立導(dǎo)入模型后，先將ANSYS工作環(huán)境設(shè)立在國際原則單位制下。由于這一步?jīng)]有GUI操作，因此只能在命令框里輸入“/status,units”。依照車架實(shí)際受力狀況和各單元特性，咱們選取SOLID92單元作為車架裝配體所有零件分網(wǎng)時單元賦予類型，圖4.10為選取單元類型。圖4.10選取SOLID92單元定義材料屬性，車架材料為16Mn，其彈性模型為2.06×1011Pa，泊松比為0.29，密度為7.85×103Kg/m圖4.11定義材料彈性模量和泊松比圖4.12定義材料密度使用Overlap命令將車架各零件連接成一種互相聯(lián)系整體。圖4.13為體Overlap對話框，單擊Pickall即可。這時發(fā)現(xiàn)各個零件編號比較亂，可以使用壓縮編號命令選取將所有元素編號壓縮一下，圖4.14為壓縮編號后車架模型圖4.13體Overlap拾取對話框圖4.14壓縮編號后車架模型劃分網(wǎng)格。圖4.15為分網(wǎng)前單元賦予工作，當(dāng)定義有不同單元或是不同實(shí)常數(shù)時必要操作這一步，這里可以省略。圖4.16為定義單元尺寸大小，圖4.17為分網(wǎng)后，車架被離散成一種個持續(xù)單元。這里之因此要定義單元尺寸，是由于車架模型比較復(fù)雜，使用其他分網(wǎng)辦法比較困難，使用自由劃分時，如果再設(shè)立一下單元尺寸，將會較好地控制單元數(shù)量。圖4.15單元屬性分派對話框圖4.16定義單元尺寸對話框圖4.17分網(wǎng)后車架單元局部圖至此，實(shí)體車架模型已被離散成有數(shù)學(xué)意義小單元，即有限元車架模型。4.5Booleans運(yùn)算對于Pro/E中裝配實(shí)體模型，往往會以為裝配體中各個零件已經(jīng)所有約束，因此將裝配體模型導(dǎo)入ANSYS后，諸多人不進(jìn)行Booleans運(yùn)算就劃分網(wǎng)格、求解等操作，這樣就會浮現(xiàn)非常失真成果，有些零件受力后主線就沒有發(fā)生變化，甚至由于求出成果跟實(shí)際值差不太多而沒有發(fā)現(xiàn)自己失誤等等狀況。下面結(jié)合車架一某些組件來分別闡明這些狀況，圖4.18為車架左縱梁某些，該某些由彈簧板支架和縱梁構(gòu)成，縱梁某些有兩層，分別為內(nèi)縱梁和外縱梁，如圖4.19所示，這些零件都是在Pro/E中裝配而成。定義過屬性和劃分網(wǎng)格后，由于施加約束位置不同將浮現(xiàn)上面提到兩種問題，因此這里分兩種狀況分別討論。在彈簧板支架附近外縱梁上施加約束，約束這到處所有自由度。在彈簧板支架上施加約束，約束這到處所有自由度。4.5.1未進(jìn)行Booleans運(yùn)算分析成果在彈簧板支架附近外縱梁上施加約束，約束這到處所有自由度施加約束并在外縱梁上翼緣中部施加一集中力載荷后有限元模型如圖4.20所示。為了比較清晰查看并對比各個零件變形狀況，現(xiàn)分別將內(nèi)外縱梁、彈簧板支架變形及節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線圖分別列于圖4.21~4.25。圖4.18車架左縱梁及附屬件模型圖4.19車架左縱梁構(gòu)成圖4.20定義過載荷和約束車架左縱梁圖4.21外縱梁受載后變形圖4.22內(nèi)縱梁受載后變形由圖4.22可看出，內(nèi)縱梁和彈簧板固定端并沒有變形，圖4.24從微觀上闡明內(nèi)縱梁沒有受到載荷作用，同理，可以必定彈簧板固定端也沒有受到載荷。這就是在Pro/E環(huán)境下裝配實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS分析時，如果不進(jìn)行Booleans運(yùn)算所產(chǎn)生問題。從上面問題可以得到結(jié)論：在Pro/E環(huán)境下裝配實(shí)體模型，雖然對各個零件進(jìn)行了完全約束，但是導(dǎo)入ANSYS后，ANSYS并不以為這些零件之間有什么關(guān)系，因此在分網(wǎng)之前必要對裝配體進(jìn)行Add、Glue、Overlap之類Booleans運(yùn)算，才干使各個零件互相之間傳遞約束和載荷。圖4.23外縱梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線圖4.24內(nèi)縱梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線圖圖4.25內(nèi)外縱梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力等值線圖4.26彈簧板固定端受載后變形圖在彈簧板支架上施加約束，約束這到處所有自由度刪掉之前約束，然后在彈簧板支架上施加約束，同樣在外縱梁上翼緣中部施加一集中力載荷，求解后查當(dāng)作果，發(fā)現(xiàn)內(nèi)縱梁和彈簧板固定端沒有什么變化，而外縱梁卻找不到了，如圖4.26。咱們懂得約束是在這四個彈簧板固定端，而載荷施加在外縱梁上，由結(jié)論很容易得知彈簧板固定端只受到了約束，外縱梁僅受到了載荷，而內(nèi)縱梁既不受約束也沒有受到載荷，因此就會發(fā)生圖4.27現(xiàn)象。圖4.27在彈簧板支架上約束求解后車架左側(cè)變形圖4.5.2Booleans運(yùn)算命令選取在對裝配模型進(jìn)行Booleans運(yùn)算時，是使用Add、Glue還是Overlap呢？下面對這些命令做一下簡介。Add是加運(yùn)算，相加成果是各種相似維數(shù)幾何元素被合并成一種新幾何元素，但是如果是接觸分析或者各個零部件要定義材料屬性不同等狀況時，這個命令是不能使用。Glue是粘接運(yùn)算，相似維數(shù)幾何元素在邊界上存在位置重疊，即各圖元之間有公共某些，粘接運(yùn)算成果為重疊邊界某些產(chǎn)生它們之間公共新幾何元素連接參加運(yùn)算幾何元素，但參加運(yùn)算幾何元素之間依然相對獨(dú)立，粘接操作沒有新圖元產(chǎn)生，就通過合并核心點(diǎn)獲得粘接效果，只有公共區(qū)域維數(shù)低于粘接圖元維數(shù)，粘接操作才有效。Overlap為交迭運(yùn)算，交迭成果是生成各種相對簡樸子區(qū)域(為參加運(yùn)算幾何之間彼此求交成果)，但是規(guī)定搭接某些與原圖元級數(shù)必要相似，交迭運(yùn)算除了在交迭域周邊生成各種邊界外，與加運(yùn)算非常類似[2]。通俗說，Add就是把裝配體中各個零件熔化，再重塑一種“零件型”模型，Glue就是在相鄰零件連接處涂上膠水并使各個某些粘上，Overlap是零件間相交處新生成一種個體，本來各少一塊。對于導(dǎo)入裝配體模型，如果使用Add命令，則所有零部件將會變成為一種大零件，否則就使用Glue和Overlap，究竟是使用Glue還是Overlap命令，最簡樸辦法就是去試，由于同步有且只有一種命令可以成功。4.6干涉問題對于在Pro/E中裝配實(shí)體模型，人們往往過于自信而不注意檢查各零件間與否發(fā)生了干涉，這樣裝配體導(dǎo)入到ANSYS作分析時就會發(fā)生諸多問題，對于這些問題浮現(xiàn)卻不知如何解決，甚至有人懷疑是這兩種軟件接口有問題，尚有人以為這只是一種無關(guān)緊要警告等。其實(shí)否則，如果這樣干涉發(fā)生在施加邊界地方，就會影響到計算成果精確性，下面還是結(jié)合圖片來闡明。圖4.28為在Pro/E中裝配車架實(shí)體模型。圖4.28Pro/E中裝配車架實(shí)體模型4.6.1裝配體中有零件干涉將會浮現(xiàn)問題接著將其導(dǎo)入到ANSYS，再將其劃分網(wǎng)格時則會彈出錯誤警告，圖4.29是在其*.err文獻(xiàn)中錯誤記錄。圖4.29ANSYS中對實(shí)體模型劃分網(wǎng)格時浮現(xiàn)錯誤這個錯誤記錄意思是沒有與這些面有關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，因此加在這些面上約束會被忽視。究竟發(fā)生了什么呢？下面咱們分別列出使用Boolean運(yùn)算（這里使用Overlap）先后發(fā)動機(jī)后懸置梁（第三根縱梁）和左內(nèi)外縱梁模型，如圖4.30~4.36所示。圖4.30Boolean運(yùn)算前發(fā)動機(jī)后懸置梁圖4.31Boolean運(yùn)算后發(fā)動機(jī)后懸置梁圖4.32Boolean運(yùn)算前車架左外縱梁圖4.33Boolean運(yùn)算后車架左外縱梁局部圖4.34Boolean運(yùn)算前車架左內(nèi)縱梁圖4.35Boolean運(yùn)算后車架左內(nèi)縱梁局部圖4.36Boolean運(yùn)算后發(fā)動機(jī)后懸置梁與外縱梁連接端由此可見，Boolean運(yùn)算后發(fā)動機(jī)后懸置梁被提成三某些，這三某些正好是Boolean運(yùn)算前發(fā)動機(jī)后懸置梁，而車架左內(nèi)外縱梁與發(fā)動機(jī)后懸置梁連接處均被刪除了一某些，將這一某些放大，如圖4.37所示。圖4.37發(fā)動機(jī)后懸置梁與外縱梁連接端局部放大圖明顯可見這一某些發(fā)生了干涉，基本可以擬定浮現(xiàn)圖4.29因素是零件間干涉。當(dāng)前咱們進(jìn)入Pro/E環(huán)境下檢查全局干涉狀況，如圖4.38所示。4.38Pro/E中全局干涉成果列表4.39Pro/E中全局干涉檢查后窗口顯示成果4.6.2裝配體中零件間發(fā)生干涉后解決辦法當(dāng)前可以擬定發(fā)動機(jī)后懸置梁與內(nèi)外縱梁連接處發(fā)生了干涉，進(jìn)入發(fā)動機(jī)后懸置梁草繪模式，可發(fā)現(xiàn)是連接處下方倒圓角所致，將其去掉即可。圖4.40和4.41是這根梁掃描軌跡更改先后狀況。圖4.40發(fā)動機(jī)后懸置梁掃描軌跡修改前圖4.41發(fā)動機(jī)后懸置梁掃描軌跡修改后為了排除與否尚有其他零件間干涉，再次進(jìn)行全局干涉檢查，成果如圖4.42所示，表白裝配體已經(jīng)沒有干涉狀況。圖4.42Pro/E再次進(jìn)行全局干涉檢查成果再次將修改后裝配體導(dǎo)入到ANSYS中進(jìn)行分網(wǎng)時，不再浮現(xiàn)錯誤警告，闡明浮現(xiàn)圖4.29錯誤警示確系零件間干涉所致。設(shè)想一下，如果這根發(fā)動機(jī)后懸置梁被提成了三個獨(dú)立構(gòu)造，那么這根梁與外縱梁連接處將不會受到作用在這根梁上力，如果這樣話，分析得到成果將是不精確。因此在將裝配體導(dǎo)入到ANSYS之前必要進(jìn)行干涉檢查。4.7由于鏡像命令而引起模型損失問題4.7.1模型損失問題描述在車架建模過程中，由于左右內(nèi)外縱梁完全同樣，因此咱們有理由為了節(jié)約時間和精力而使用鏡像命令，例如對于外縱梁建模，咱們只建立了右外縱梁，然后使用鏡像命令建立左外縱梁，如圖4.43所示：圖4.43Pro/E中外縱梁建立但是這樣裝配好車架導(dǎo)入ANSYS時軟件會彈出如圖4.44所示對話框：圖4.44車架導(dǎo)入ANSYS時彈出對話框Multiplevolumesfoundinpartwaizongliang.NoAnsysvolumesdefined.意思是在外縱梁上發(fā)現(xiàn)了各種體，ANSYS沒有對這些體進(jìn)行定義。選取Plot——Volumes，發(fā)現(xiàn)ANSYS圖形顯示窗口里沒有這兩根縱梁，再選取Plot——Areas后，發(fā)現(xiàn)這兩根縱梁又回到了圖形窗口了，如圖4.45和圖4.46：圖4.45ANSYS只顯示體時車架圖4.46ANSYS只顯示面時車架這正闡明左右縱梁導(dǎo)入ANSYS時只導(dǎo)入了面。如果用這種導(dǎo)入不完整車架去分析，由ANSYS分析原理可知會浮現(xiàn)如下后果：這些使用鏡像命令建立零件不能使用三維實(shí)體或殼單元劃分網(wǎng)格。由于這些零件導(dǎo)入ANSYS中只剩余了面，自然不能劃提成三維實(shí)體單元了。分析成果嚴(yán)重失常。例如模態(tài)分析中，在材料類型庫中是要輸入材料密度，即在模態(tài)分析中，重要考慮因素有密度，如果這些零件只有面，那么分析得出各階振型自然不對。而模態(tài)分析又是其她動力學(xué)分析基本，所后來續(xù)分析也是不對。4.7.2模型損失問題解決辦法解決辦法有：在ANSYS中修復(fù)這些損失體。修復(fù)辦法有諸多，但目都是把面轉(zhuǎn)化為體。在Pro/E中不使用鏡像命令建立零部件。4.8本章小結(jié)本章講述了發(fā)行時間較晚Pro/E版本和ANSYS連接，闡述了由于單位不統(tǒng)一而導(dǎo)致分析成果失真并提出理解決這個問題兩種辦法。由于裝配體特殊性，這里分析了由于Boolean運(yùn)算、模型干涉和鏡像命令使用而引起問題，將這些問題都解決后，通過ANSYS前解決模塊將實(shí)體模型轉(zhuǎn)變成有限元模型。

5車架靜力分析汽車車架不但要承受發(fā)動機(jī)、底盤和牽引貨品重量，并且還要承受汽車行使過程中所產(chǎn)生各種力和力矩。汽車在行使過程中，要行駛和通過各種路面，如:一種車輪跳過臺階或一種車輪駛過路面上坑洞等，同步還會由于要躲避行人或障礙物等緊急狀況而要進(jìn)行緊急制動和緊急轉(zhuǎn)彎。在上述各種行駛工況下，都會產(chǎn)生新附加載荷并作用于車架上，因而車架就必要要有足夠強(qiáng)度和剛度來承受作用于其上各種載荷[2]。若車架強(qiáng)度和剛度達(dá)不到規(guī)定則會導(dǎo)致車架開裂等各種損壞現(xiàn)象發(fā)生，輕則影響汽車正常行使，重則導(dǎo)致嚴(yán)重交通事故，因而車架強(qiáng)度和剛度不但關(guān)系到車輛能否正常行使，同步還關(guān)系到整車安全性好壞。對車架進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析同步也是對車架進(jìn)行可靠性分析基本。車架構(gòu)造靜力分析用于計算由那些不涉及慣性和阻尼效應(yīng)載荷作用于構(gòu)造或部件上引起相對位移，應(yīng)力和應(yīng)變。固定不變載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和構(gòu)造響應(yīng)隨時間變化非常緩慢。靜力分析所施加載荷涉及外部施加作用力和壓力、穩(wěn)態(tài)慣性力(如重力和離心力)、相對位移等。通過車架強(qiáng)度和剛度有限元靜力分析，可以找到車架在各種工況下各零部件變形和材料應(yīng)力最大值以及分布狀況。以此為根據(jù)，找出最容易破壞部件，然后對該部件進(jìn)行可靠性分析，以該部件可靠度來衡量整個車架可靠度。5.1 車架構(gòu)造有限元分析類型國內(nèi)“汽車產(chǎn)品定型可靠性行駛實(shí)驗(yàn)規(guī)程”規(guī)定：樣車必要以一定車速，在各種道路上行駛一定里程。典型工況重要涉及高速道路、普通道路和彎道行駛，行駛時會浮現(xiàn)靜彎曲、扭轉(zhuǎn)、緊急制動和急速轉(zhuǎn)彎等四種工況。因而，需進(jìn)行以上四種工況強(qiáng)度和剛度分析。在進(jìn)行汽車車架構(gòu)造靜力有限元分析后，普通依照汽車車架構(gòu)造強(qiáng)度和剛度分析需要，通過后解決對計算成果進(jìn)行可視化解決，計算出應(yīng)力最大危險點(diǎn)以及變形最大點(diǎn)，以此評價汽車車架構(gòu)造靜力性能。這里咱們就以彎曲工況和彎扭聯(lián)合工況來分析車架性能。5.2 SOLID92單元簡介該單元為三維十節(jié)點(diǎn)四周體構(gòu)造實(shí)體單元，圖5.1為該單元示意。SOLID92單元具備二次位移型函數(shù)，非常適合于模仿不規(guī)則形狀構(gòu)造，例如由各種CAD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生網(wǎng)格模型。本單元由10個節(jié)點(diǎn)定義，每個節(jié)點(diǎn)有3個自由度：節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系x，y，z方向平動。此單元還具備塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力剛化、大變形和大應(yīng)變功能。圖5.1SOLID92單元示意圖5.3汽車彎曲工況分析5.3.1求解為建立有限元車架模型選取分析類型，如圖5.2。圖5.2選取分析類型依照分析，選取指定位移辦法模仿懸架系統(tǒng)變形。表4.1為車架各處位移約束條件。表5.1彎曲工況下車架各處位移約束條件約束位置約束方式指定位移左側(cè)前鋼板彈簧滑板端支架ALLDOF0右側(cè)前鋼板彈簧滑板端支架UY0前鋼板彈簧固定端支架UY-0.0001后鋼板彈簧滑板端支架UY-0.0002后鋼板彈簧固定端支架UY0圖5.3~5.6分別相應(yīng)表4.1在相應(yīng)位置處選三個節(jié)點(diǎn)施加約束。圖5.3左側(cè)前滑板端支架處節(jié)點(diǎn)約束圖5.4右側(cè)前滑板端支架處節(jié)點(diǎn)約束圖5.5前固定端支架處節(jié)點(diǎn)約束圖5.6后固定端支架處節(jié)點(diǎn)約束車架所承受載荷施加重要遵循原則：貨品重量按均布載荷施加到左右外縱梁上；發(fā)動機(jī)、變速箱、駕駛室及其附件重量按集中載荷施加在其安裝位置；油箱、備用胎以集中力方式施加在其支架所在縱梁上；車架自身重量看作是作用在車架每一種節(jié)點(diǎn)上[17]。車架有限元模型加載質(zhì)量分布狀況如表5.2。表5.2車架有限元模型加載質(zhì)量分布狀況名稱加載質(zhì)量（Kg）貨品9000發(fā)動機(jī)890變速箱270駕駛室300司機(jī)和乘員（按3人算）195油箱200備用胎150汽車在實(shí)際行駛過程中,車架重要受動載荷作用。而動載荷大小重要是通過動載系數(shù)衡量。為了得到有實(shí)際意義數(shù)值，咱們在整車位于水平位置，滿載，沿垂直方向乘以一種動載系數(shù)，模仿貨車運(yùn)營過程中瞬時受力狀況。動載系數(shù)取決于3個因素：道路條件、汽車行駛狀況(如車速)和汽車構(gòu)造參數(shù)(如懸架彈性元件剛度、車輪剛度等)[17]。動載系數(shù)計算公式為：K=（5-1）式中：K1———前輪彈簧系統(tǒng)剛度K2———后輪彈簧系統(tǒng)剛度G———車輛自重C1———道路常數(shù),對載貨汽車C2———經(jīng)驗(yàn)系數(shù)v———車速由于缺少必要數(shù)據(jù)，咱們依照某些研究資料取彎曲工況下動載系數(shù)K=2.5。表5.3為車架有限元模型詳細(xì)加載狀況。車架所受各部件載荷計算公式為：F=9.8×M×K（5-2）式中：M——元件質(zhì)量，KgF——車架受到相應(yīng)元件載荷，NK——動載系數(shù)表5.3車架有限元模型詳細(xì)載荷分派狀況名稱貨品載荷（N）闡明貨品220500在車架外縱梁2.241m到8.241m位置上均勻取100個節(jié)點(diǎn)模仿均布力，每個節(jié)點(diǎn)施加2205N發(fā)動機(jī)+變速箱28420按照發(fā)動機(jī)安裝位置在4處取24個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)施加1176.7N駕駛室+司機(jī)和乘員（按3人算）12127.5按照駕駛室安裝位置在4處取20個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)施加606.4N油箱4900按照油箱安裝位置在1處取2個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)施加2450N備用胎3675按照駕駛室安裝位置在2處取4個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)施加918.75N車架自重重力加速度按24.5施加，如圖5.7圖5.7重力施加狀況約束和載荷施加完畢后車架有限元模型如圖5.8。圖5.8約束和加載后車架有限元模型檢查載荷無誤后即可求解。

5.3.2后解決車架受載后變形及其變形前邊界如圖5.9。圖5.9車架受載后變形及其變形前邊界將成果縮放因子修改為30，如圖5.10。圖5.10修改后縮放因子繪制位移和應(yīng)力節(jié)點(diǎn)解，圖5.11為節(jié)點(diǎn)位移場分布等值線圖，圖5.12為節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場分布等值線圖。圖5.11節(jié)點(diǎn)位移場分布等值線圖圖5.12節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場分布等值線圖由車架變形圖可知車架后部和駕駛室后部變形量比較大，最大位移節(jié)點(diǎn)出當(dāng)前車架后部，最大值為6.686mm，這樣變形量不會使固定在車架上各總成由于車架變形而浮現(xiàn)初期損壞或者是失去其正常工作能力。而中部恰當(dāng)變形可以起到緩沖作用，并且可以避免應(yīng)力集中，防止局部發(fā)生損壞。裝有轉(zhuǎn)向器和前懸架車架某些變形較小，這樣對汽車轉(zhuǎn)向性能比較有利，但是車架后部變形較大，這就會影響到后懸架性能，從而對汽車操縱穩(wěn)定性和行駛平順性有不利影響。從應(yīng)力場分布等值線圖可以看出，應(yīng)力重要集中在發(fā)動機(jī)后懸置橫梁與縱梁連接處和第七橫梁與縱梁連接處。在發(fā)動機(jī)后懸置橫梁與縱梁連接處應(yīng)力值最大，最大值為185MPa。事實(shí)上由于鋼板彈簧特性，特別前面減震器作用，在水平面對其進(jìn)行受力分析時，直接指定位移辦法難免有誤差。因此由于省略了減震器作用和鋼板彈簧特性，從而導(dǎo)致最大應(yīng)力值出當(dāng)前在發(fā)動機(jī)后懸置橫梁與縱梁連接處。雖然如此，但是從客觀上來說，還是能反映出車架應(yīng)力狀態(tài)，只是應(yīng)力也許會相對小一點(diǎn)。構(gòu)造靜力分析目是依照有限元分析成果數(shù)據(jù)對車架強(qiáng)度進(jìn)行評價。假設(shè)車架材料屈服極限為，計算出最大復(fù)合應(yīng)力為，則車架構(gòu)造強(qiáng)度安全系數(shù)為：（4-3）16Mn屈服強(qiáng)度在275Mpa~345Mpa之間，在計算時可按320Mpa。當(dāng)n>1，闡明在該工況下，車架構(gòu)造強(qiáng)度是符合規(guī)定；否則，則闡明車架構(gòu)造強(qiáng)度不符合規(guī)定，將會發(fā)生強(qiáng)度破壞。依照計算得出車架評價指標(biāo)見表5.4。表5.4彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下車架強(qiáng)度評價參數(shù)工況動載荷系數(shù)K最大應(yīng)力（MPa）安全系數(shù)彎曲工況2.51851.735.4汽車彎扭聯(lián)合工況分析5.4.1求解選取分析類型為靜力分析。這里也選取指定位移辦法模仿懸架系統(tǒng)變形。但選取約束除左前懸架滑板端處以外所有懸架端自由度，左前懸架滑板端處釋放所有自由度，詳細(xì)見表5.5。表5.5彎扭聯(lián)合工況下車架各處位移約束條件約束位置約束方式指定位移左側(cè)前鋼板彈簧滑板端支架不約束剩余所有鋼板彈簧端支架ALLDOF0加載質(zhì)量同樣按前面車架所承受載荷施加重要遵循原則解決。由于在不平道路上行駛時，車速普通不會很高，這里取動載系數(shù)K=1.25。表5.6為車架有限元模型詳細(xì)加載狀況。表5.6車架有限元模型詳細(xì)載荷分派狀況名稱貨品載荷（N）闡明貨品110250在車架外縱梁2.241m到8.241m位置上均勻取50個節(jié)點(diǎn)模仿均布力，每個節(jié)點(diǎn)施加2205N發(fā)動機(jī)+變速箱14210按照發(fā)動機(jī)安裝位置在4處取24個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)施加592N駕駛室+司機(jī)和乘員（按3人算）6063.75按照駕駛室安裝位置在4處取20個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)施加303.2N油箱2450按照油箱安裝位置在1處取2個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)施加2450N備用胎1837.5按照駕駛室安裝位置在2處取2個節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)施加918.75N車架自重加速度按12.25施加，如圖5.13圖5.13彎扭聯(lián)合工況下重力施加狀況約束和載荷施加完畢后車架有限元模型如圖5.14。圖5.14約束和加載后車架有限元模型檢查載荷無誤后即可求解。5.4.2后解決車架受載后變形及其變形前邊界如圖5.15。圖5.15車架受載后變形及其變形前邊界同樣將成果縮放因子修改為30，繪制位移和應(yīng)力節(jié)點(diǎn)解，圖5.16為節(jié)點(diǎn)位移場分布等值線圖，圖5.17為節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場分布等值線圖。圖5.16節(jié)點(diǎn)位移場分布等值線圖圖5.17節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場分布等值線圖由車架變形圖可知車架后部和左側(cè)前鋼板彈簧滑板端變形量比較大，最大節(jié)點(diǎn)位移依然出當(dāng)前車架后部，最大值為2.97mm。由彎扭聯(lián)合工況下車架應(yīng)力場分布等值線圖可知，在這種工況下，車架總體應(yīng)力值比彎曲工況下小。最大應(yīng)力出當(dāng)前左側(cè)前鋼板彈簧滑板端，最大應(yīng)力為150Mpa。這與實(shí)際狀況基本一致。此外，車架縱梁下翼面后懸架固定端支架到前懸架滑板端支架之間應(yīng)力也比較大。依照計算得出車架評價指標(biāo)見表5.3。對于彎扭聯(lián)合工況，最大應(yīng)力沒有超過許用值，由此可見車架構(gòu)造滿足強(qiáng)度規(guī)定。除個別應(yīng)力集中點(diǎn)外，其她各點(diǎn)安全系數(shù)在10以上。表5.7彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下車架強(qiáng)度評價參數(shù)工況動載荷系數(shù)K最大應(yīng)力（MPa）安全系數(shù)彎扭聯(lián)合工況1.251502.135.5車架ANSYS靜力分析經(jīng)驗(yàn)這里先說一下實(shí)體模型和有限元模型區(qū)別。實(shí)體模型由點(diǎn)、線、面和體構(gòu)成，用來直接描述所求問題幾何特性。有限元模型是實(shí)際構(gòu)造和物質(zhì)數(shù)學(xué)表達(dá)辦法。通俗來說在CAD軟件建立模型就是實(shí)體模型，在CAE軟件里劃分網(wǎng)格并賦予單元后就成了有限元模型。5.5.1對象選取問題在ANSYS中選取想要元素并不是一件很容易事。不如你在顯示體模式下去選取某個節(jié)點(diǎn)，往往得到節(jié)點(diǎn)并不是所要。這樣就得在PlotNumberingControls中選取NODE狀態(tài)為on，將[/NUM]選取為numbers，如圖5.18，然后重新繪制nodes，然后再選取所要節(jié)點(diǎn)，這時一定要注意拾取框里所拾取節(jié)點(diǎn)編號，如圖5.19。圖5.18PlotNumberingControls對話框圖5.19節(jié)點(diǎn)拾取框5.5.2施加面力問題由于面力方向是垂直于面并指向里，在ANSYS中選取面時也要按照上面提到選取節(jié)點(diǎn)辦法去選取面，否則很容易選取到體對面面，這樣施加力不但位置不對，并且方向是相反。5.5.3重力方向問題在構(gòu)造分析中，如何模仿構(gòu)造自重和設(shè)備重量是一種經(jīng)常遇到問題，對于構(gòu)造自重有兩點(diǎn)要注意：在材料性質(zhì)中輸入密度，如果不輸入密度，則將不會產(chǎn)生重力效果。由于ANSYS將重力以慣性力方式施加，因此在輸入加速度時，應(yīng)當(dāng)在與慣性力相反方向施加加速度。受到慣性力方向與物體所受外力方向無關(guān)，慣性力方向取決于加速度方向，即慣性力方向永遠(yuǎn)與加速度方向相反。加速度方向向上時，其慣性力方向必然向下。要注意：ANSYS中考慮慣性力作用時，施加參數(shù)是加速度，而不是慣性力。5.5.4劃分網(wǎng)格問題當(dāng)咱們設(shè)定完單元尺寸，劃分網(wǎng)格時也許會遇到類似圖5.20提示框，這屬于網(wǎng)格尺寸過大因素導(dǎo)致，只需要將網(wǎng)格尺寸改小就能解決。但是如果你不想產(chǎn)生單元過多，直接點(diǎn)確認(rèn)忽視就行了。在ANSYS中會經(jīng)常遇到某些提示框，這時只要耐心看懂這些提示框所說含義，再加上自己判斷，就不會浮現(xiàn)每次碰見這些提示就懷疑自己做錯了感覺。圖5.20分網(wǎng)時浮現(xiàn)提示框5.5.5單獨(dú)查看某個零件成果難題對于裝配體，有時咱們想查看某個零件被一堆零件包圍了，這就規(guī)定咱們要把這個零件應(yīng)力圖單獨(dú)顯示。例如咱們想查看發(fā)動機(jī)后懸置梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場分布等值線圖。在顯示體模式下，選取Select——Entities…在彈出對話框里按圖5.21選取，然后單擊OK，選取這根梁，然后依次選取Select——EverythingsBelow——SelectedVolumes，如圖5.22。再次繪制體，這時發(fā)動機(jī)后懸置梁就單獨(dú)顯示在窗口里了，然后就可以便查看這個零件應(yīng)力圖了，其節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場分布等值線圖如圖5.23。圖5.21Select對話框圖5.22選取體圖5.23發(fā)動機(jī)后懸置梁節(jié)點(diǎn)應(yīng)力場分布等值線圖5.6本章小結(jié)本章對車輛在行駛中受到載荷和賦予車架有限元模型SOLID92單元進(jìn)行了簡要簡介，給出了汽車在兩種典型工況下靜力分析過程，根據(jù)分析成果對該車架進(jìn)行了安全系數(shù)評價，為可靠性分析中所要研究最危險部件提供了理論根據(jù)。同步依照靜力分析心得，對其中經(jīng)常遇到某些問題進(jìn)行了闡明，并給出了如何解決這些問題辦法和技巧。

6車架模態(tài)分析當(dāng)前隨著人們對汽車規(guī)定越來越高，舒服性已經(jīng)成為汽車性能指標(biāo)。由于汽車是一種具備質(zhì)量、彈性和阻尼振動系統(tǒng)，并且汽車內(nèi)部各某些固有頻率不同，汽車在行駛中常因路面不平，車速和運(yùn)動方向變化，車輪、發(fā)動機(jī)和傳動系統(tǒng)不平衡，以及齒輪沖擊等各種外部和內(nèi)部激振作用而極易產(chǎn)生整車和局部強(qiáng)烈振動和噪聲，這種作用對汽車車架可靠性影響極大。在車架設(shè)計過程中，就是要使車架固有振動頻率避開外界勉勵產(chǎn)生頻率范疇，普通是使其頻率在發(fā)動機(jī)和驅(qū)動橋之間，為此，必要對車架構(gòu)造進(jìn)行模態(tài)分析。并且模態(tài)分析又是各種動態(tài)分析基本，因此模態(tài)分析對的與否十分重要。6.1模態(tài)分析理論基本對于一種自由度線性定常系統(tǒng)，其基本振動方程可寫為：(6-1)式中:[M]—彈性系統(tǒng)質(zhì)量矩陣[C]—彈性系統(tǒng)阻尼矩陣[K]—彈性系統(tǒng)剛度矩陣—加速度向量—速度向量—位移向量—動勉勵載荷向量在構(gòu)造動力學(xué)問題中，構(gòu)造固有頻率和固有振型是分析構(gòu)造動力學(xué)響應(yīng)與其他動力特性問題基本。在進(jìn)行模態(tài)分析時，因構(gòu)造阻尼較小，對固有頻率和振型影響甚微，故普通忽視不計。在這種狀況下，分析構(gòu)造固有頻率與振型問題轉(zhuǎn)化為求解特性值與特性向量問題。因而，基本振動方程式6-1中和均為零。因此：(6-2)由于任何彈性體自由振動可以分解為一系列簡諧振動疊加，設(shè)式