车架静动态分析.docVIP

4车架的有限元分析 由于汽车使用工况复杂，作用在车架上的载荷变化也很大，故车架在实际使用过程中经常会出现裂纹的现象，针对这一现象，本文利用有限元分析软件ANSYS9.0着重对车架进行了三维有限元分析，计算了其在两种不同最大载荷工况下的变形与应力，以便研究裂纹产生的原因。 4.1三维实体模型的简化处理 计算结果的真实值与可信度如何与模型的建立简化有直接的关系。如前所述，车架的实体模型一般比较的复杂，为了减少后续的网格划分、有限元分析的计算工作量、提高计算效率，要对车架的实体模型进行一定的简化处理。根据模型的局部细小变化改动并不影响模型总的分析结果，故对总的实体模型做如下简化：[7-9] (1)部分离应力集中区域较远的圆弧过渡简化为直角，工艺上需要的倒角、拔模斜度等都不予考虑，这样可以减少在这些区域上网格划分的数量，提高计算速度； (2)车架上有些构件，如凸台、销孔、线路孔、吊环孔等，仅是为了满足功能要求而设置，在结构的强度影响这方面几乎没有，所以可以忽略； (3)在不影响整体结构的前提下，基于截面形状特性等效，对一些结构如螺栓孔、台阶、凹槽、翻边等尽量简化，忽略对截面特性影响不大的特征。 4.2车架的结构线性静力学分析 静力分析是计算在固定不变的载荷作用下结构的位移、应力、应变及反力等的大小，即讨论结构受到外力后的变形、应力和应变，以便对结构的强度、刚度进行校核，保证结构既安全、正常工作，又符合经济性的要求。基于第三章所建立的车架有限元模型，本节建立了车架静力分析模型，并进行静力分析。 4.2.1车架静力分析模型的建立 采用Pro/E软件对车架进行三维建模，然后通过软件直接将模型导入到ANSYS 中，用ANSYS自带的网格划分功能进行划分网格。 （1）相关数据： 车架材料为目前广泛运用的16Mn钢，16Mn钢是低合金高强度钢，综合力学性能好，焊接性、冷、热加工性能和耐蚀性能均好，具有良好的低温韧性。应用船舶，锅炉，压力容器，石油储罐，桥梁，电站设备起重运输机械及其他较高载荷的焊接结构件, 弹性模量柏松比μ=0.3Main menu/Preferences→选择Structural项 图4-1分析类型对话框 步骤4：定义单元类型 Main menu/Preprocessor →Element Type→定义类 图4-2单元类型对话框 步骤5：定义材料属性Preprocessor →Material Props →Material Models→设置EX(弹性模量)PRXY(泊松比)0.3，密度为7.8E-9吨/毫米3，具体如图4-3和图4-4所示： 图4-3弹性模量对话框 图4-4密度对话框 （3）网格划分 在进行模态分析之前一定要对实体进行网格划分。生成节点和单元的网格划分过程包括3个步骤： ① 定义单元类型：这个过程主要包括3个基本类型的常数定义：单元类型定义（Elment Type），实常数定义(Real Constants)，材料属性定义(Material Attributes)。 ② 定义网格生成控制 ③ 生成网格 实体模型建好后，用户就需要将起进行网格划分，生成有限元单元网格，为施加边界条件、施加载荷和求解做好准备。网格划分方法分为四种:延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分，其中自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分。车架是一个实体故首先使用SHELL63，架纵梁与横梁的铆接关系用梁单元BEAM4，为了节省分析的时间和效率，本文采用6级精度来进行划分。现用其划分网格，其划分网格的具体过程如下： 步骤1：Main Menu/Preferences→选择Structural项； 步骤2：Preprocessor→Element Type→定义实体类型为SHELL63和BEAM4； 步骤3：Preprocessor→Material Props→Material Models→设置EX(弹性模量) →206E3，PRXY(泊松比)0.3→设置密度（DENS）为7.8E-009； 步骤4：Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Add→Volumes出现对话框，此时选中所有的纵梁与横梁，然后点击OK，选择连接单元BEAM4； 步骤5：Preprocessor→Meshing→Mesh→Volumes→Free→出现对话框，左键点击模型，再点击OK→开始划分网格→ 网格划分完成。 图4-5 刚性梁与柔性梁组合模拟悬架 图4-6 刚性梁与弹簧单元组合模拟悬架 其中，刚性梁单元起导向作用，柔性梁单元或者弹性单元则起缓冲作用。本文采取刚性单元与弹簧单元组合的方式来模拟前后悬架。 车架前后悬架参数如表4-1所示。整个车架前、后悬架系统的模型如下图4-7所示。 图4-7 前、后