PAGEPAGE1開題報告題目名稱FF型轎車傳動系統(tǒng)設計與仿真題目來源題目類型A導師姓名王宏江學生姓名王榮班級學號3080221005專業(yè)車輛工程1、課題背景和意義汽車懸架是現(xiàn)代汽車上的重要總成之一，主要是傳遞作用在車輪和車架(或車身)之間的一切力和力矩，并且緩和由不平路面?zhèn)鹘o車架(或車身)的沖擊載荷，衰減由此引起的承載系統(tǒng)的振動以保證汽車平順地行駛，并改善汽車操縱穩(wěn)定性[1]。同時，汽車懸架做為車架(或車身)與車軸(或車輪)之間作連接的傳力機件，又是保證汽車行駛安全的重要部件。懸架結構形式和性能參數(shù)的選擇合理與否，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。長城炫麗2009款1.5cvt精英型vvt轎車采用的前懸架為麥弗遜試,即滑柱擺臂試懸架。這種前懸架的結構在實際工作中的受力狀況都比較復雜。傳統(tǒng)的計算方法，則是基于材料力學經(jīng)典理論，建立懸架各元件的計算模型再進行分析。這種方法往往帶有局限性，模型也常常過于簡化，計算也過于粗糙、不很精確，從而不能確切的反映懸架各元件的力學性能，同時這種傳統(tǒng)的方法所耗周期比較長，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的步伐。因此，迫切需要采取新的方法對其進行深入的分析。本課題的研究意義在于通過對麥弗遜式懸架進行有限元分析得到在各種典型工況下其結構中的應力分布規(guī)律和變形情況，找出結構中應力值較大的關鍵點，檢驗結構強度，分析麥弗遜懸架結構的合理性，得到結構的薄弱部位，同時進一步揭示各種載荷（垂直力、縱向力、制動力和側向力）對麥弗遜式懸架應力分布的影響，[3]并且提出懸架機構優(yōu)化的改進設計方案，為懸架結構的進一步分析設計提供了必要參考數(shù)據(jù)，具有較好的參考價值和經(jīng)濟價值。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，從60年代起，有限元法就開始用于汽車車架結構強度和剛度的計算。1970年美國宇航局將NASTRAN有限元分析程序引入汽車結構分析中，對車架結構進行了靜強度有限元分析，減輕了車架的自重，是最早進行車架輕量化的分析。當前，國外各大汽車公司利用有限元軟件進行車架結構靜態(tài)分析、模態(tài)分析的技術己非常成熟，其工作重心己轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應分析、噪聲分析、碰撞分析等領域。特別是隨機激勵響應分析備受青睞，主要是因為它可用來進行車輛的強度、剛度、振動舒適性和噪聲等方面的分析。我國于七十年代末八十年代初在高校和有關研究所開始從事有限元法的研究和應用，如長春汽研所的谷安濤等人建立了車架的有限模型，并進行了分析計算。當時汽車行業(yè)研究工作主要集中在車架分析以及用梁單元來模擬大客車骨架等方面的工作。清華大學的田應剛、周建明等，采用大型結構有限元分析軟件ALGORFEAS系統(tǒng)對麥弗遜懸架進行靜態(tài)有限元分析，計算了在一些典型工況下的應力分布，并就結構關鍵點(高應力點)的應力對各方向載荷的敏感性進行了分析。泛亞汽車技術中心的朱文學和同濟大學的鄭惠強、石來德，也是采用該軟件系統(tǒng)，對麥弗遜懸架結構進行了靜力分析和模態(tài)分析。研究表明，各種汽車的結構件都可應用有限單元法進行靜態(tài)分析、固有特性分析和動態(tài)分析，并且已從原來對工程實際問題的靜態(tài)分析為主轉(zhuǎn)到要求以模態(tài)分析和動態(tài)分析為主，甚至根據(jù)工程實際結構的特點要求進行非線性分析。由于計算機技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)在利用有限單元法求解分析汽車結構，計算規(guī)模和計算機容量、計算速度，對各種通用實用程序來說己不再作為主要矛盾。應用中的一些難題，或者說關系到有限元計算成功與否的關鍵，仍在于形成的計算模型中各種支承、連接怎樣與實際結構相符，以及載荷，特別是動態(tài)分析中的激勵，怎樣反映實際情況。一般來說，懸架結構強度的有限元分析可以分為零部件級和系統(tǒng)級分析兩種方法。[4]采用多體動力學方法得到懸架硬點載荷，對單一結構進行分析的方法稱為零部件級分析；以整個懸架為基礎，同時考慮襯套、限位塊剛度以及零部件間相互運動的影響的分析方法稱為系統(tǒng)級分析方法。零部件級分析方法原理簡單，而且容易將分析過程流程化、規(guī)范化，從而保證分析結果的準確性和一致性；系統(tǒng)級分析方法，由于能夠考慮幾乎所有的懸架本身特性，如非線性連接關系、運動關系等特性，因而可以得到更為準確的分析結果。下面，我給大家介紹一下兩種方法的分析過程以及優(yōu)缺點。并從分析效率和產(chǎn)品開發(fā)周期角度出發(fā)，說明了兩種方法適用的階段及作用。①零部件級的分析方法：一般來說，在整車開發(fā)的初期，最初確定的是一些重要硬點(部件與部件之間的連接點)的位置及相關參數(shù)，然后由設計人員根據(jù)這些信息對相關零部件進行初步概念設計，在此階段需要對單個零部件的結構強度及耐久性進行分析，并針對存在的問題提出改進意見，指導結構設計，使之逐步趨于合理。零部件分析的優(yōu)點：從分析規(guī)模上來看，單個零部件分析的計算時間短，占用空間小，對計算機的性能要求不高，比較適合于設計初期結構改進中的多次反復分析驗證。零部件分析的缺點：首先，對于懸架零部件的分析來說，需要相關的受力分析提供載荷輸入，可以通過多體動力學分析計算輸出得到相關硬點的載荷。其次，在單個零部件的分析中，邊界條件是一個很難處理的問題。邊界條件的正確與否，直接影響到分析結果的可信度。因此，零部件級方法要求分析人員對分析對象的各種特征、連接關系以及作用等有深刻的認識。最后，當結構應力超過材料的屈服極限時，該方法不能給出正確的分析結果。這是因為多體動力學不能考慮結構本身的塑性變形，多體動力學即使引入柔性體，也僅限于線彈性變形范圍，因此，當結構出現(xiàn)塑性變形時，應用多體動力學方法無法得到正確的載荷數(shù)據(jù)，更無法保證應力結果的正確性。零部件強度分析的一般分析思路為：獲取整車相關參數(shù)→建立前/后懸架的多體模型→動力學分析提取硬點載荷→代入有限元模型中分析求解。②系統(tǒng)級分析方法：單個零部件的分析只能考察零部件的品質(zhì)，很多零部件連接在一起，構成一個系統(tǒng)后，還要對整個系統(tǒng)的結構可靠性進行分析，即系統(tǒng)總成分析。一般來說，系統(tǒng)總成的分析是在系統(tǒng)各個零部件的幾何模型確定后進行的。系統(tǒng)總成分析的優(yōu)點：在系統(tǒng)總成的分析中，各個零部件都是以柔性體的形式存在，可以考慮各個零部件的變形對其它相鄰部件的影響，同時部件與部件連接處的模擬更接近真實情況，因此與單個零部件分析相比，總成分析的結果精度更高，指導意義更大。另外，從邊界和載荷條件來看，系統(tǒng)總成的約束條件比較簡單，工況載荷比較容易計算。在懸架總成分析中，只需要對懸架與車身的連接點進行約束就可以了，載荷主要作用在車輪中心，根據(jù)整車的相關參數(shù)可以很容易求得。系統(tǒng)總成分析的缺點：在系統(tǒng)總成分析中，需要提供比較準確的彈性元件參數(shù)，比如橡膠襯套和彈簧，這些參數(shù)的準確與否直接影響著載荷在各個連接點的分配，進而影響各零部件的應力分布。另外，就系統(tǒng)總成的分析模型而言，其規(guī)模一般都很大，計算時間長，對計算機的性能要求高。系統(tǒng)總成分析的一般分析思路為：收集系統(tǒng)的模型參數(shù)(包括整車相關參數(shù)、各零部件的幾何模型和連接單元的剛度參數(shù)等)→建立各零部件的有限元模型→系統(tǒng)總成建模(主要是建立各零部件之間的連接關系)和邊界載荷條件的建立→分析求解。綜合各方面文獻，和相關的一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我們可以得到這樣的結論：在結構應力小于屈服應力的條件下，零部件強度分析結果有著很高的精度，與總成分析結果相比，誤差比較小。為了分析質(zhì)量與效率，更好的服務與產(chǎn)品研發(fā)，建議在不同產(chǎn)品開發(fā)階段采用不同的分析方法，如在概念設計階段建議采用零部件級分析方法，而在設計后期采用系統(tǒng)級分析方法。3、課題主要內(nèi)容研究奧迪90懸架的運動性能，分析該車的定位參數(shù)與汽車性能的關系，并對定位參數(shù)進行優(yōu)化。在此基礎上，求解麥弗遜式懸架靜態(tài)時的受力情況。建立奧迪90懸架中的有限元模型，主要包括幾何模型的建立，單元類型的選取，網(wǎng)格劃分，載荷施加及邊界條件的處理等。根據(jù)有限元模型求解的結果，進行有限元模型的結構分析，包括靜力分析和模態(tài)分析兩方面。靜力分析主要用來分析前懸架結構靜力特性，看其是否能滿足汽車結構性能的要求；模態(tài)分析主要是，研究前懸架固有特性，探討其與整車的共振情況。探討前懸架的有限元分析的誤差原因，提出結構的改進意見，使前懸架具有更為合理的結構性能，為懸架結構的優(yōu)化設計提供一種依據(jù)。課題研究方案在實驗室找到奧迪90車的前懸架結構，然后測量相關建模數(shù)據(jù)。利用測量到的數(shù)據(jù)，在CATIA軟件中建立奧迪90汽車懸架模型。將建立好的奧迪90前懸架模型導入軟件中。在ANSYS軟件環(huán)境下，對其進行靜力有限元分析，通過軟件的后處理功能，獲得前懸架的變形和應力分布等情況。進一步對前懸架進行模態(tài)分析。通過軟件的后處理功能，得到結構的固有特性。在前面的研究分析的基礎上，分析有限元求解的誤差來源，并提出合理的改進意見。5、日程安排1-2周：熟悉課題，查找資料。完成開題報告。3-6周：利用CATIA軟件建立桑塔納型轎車的前懸架的三維模型。7-10周：將建立的部分三維實體模型轉(zhuǎn)換到有限元軟件中，進行了較完整的靜態(tài)分析。11-12周：模態(tài)分析。13-15周：寫論文，準備答辯填表說明:題目類型:1、工程設計；2、應用研究；3、理論研究；4、其它；（選1、2、3、4）。題目來源:A、自擬課題；B、民用科研課題；C、國防科研課題；（選A、B、C）。開題報告內(nèi)容使用宋體小四字號。參考文獻：[1]張洪欣。汽車設計。機械工業(yè)出版社，1988[2]張洪武。有限元分析與CAE技術基礎，2004[3]周中堅，盧耀祖。機械與汽車結構的有限元分析。同濟大學出版社，2002[4]張林波，徐有中，汽車懸架結構強度的分析方法，2007[5]譚繼錦，汽車有限元法。人民交通出版社,2005[6][德]耶爾森?賴姆帕爾著，余卓平譯。汽車底盤基礎[7]懷自力,重型載貨車底盤主要總成的有限元分析研究,碩士論文2009[8]王卡，麥弗遜式懸架結構的有限元分析，碩士論文，2008[9]AliRUseoffiniteelementtechniquefortheanalysisofcompositestructures，1996[10]ALagrangianfiniteelementmethodforsimulationofasuspensionunderplanarextensionalflow，2008[11]Improvementofelectromagneticsuspensionelements，1999指導教師意見 指導教師(簽字):