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某重型汽车前轴工字梁轻量化设计

摘要：前轴工字梁是汽车中重要零部件，在确保车辆可靠性保持不变的情况下，对前轴工字梁的结构分析和优化设计以减轻车辆质量非常重要。使用UG对前轴工字梁进行3D建模，根据前轴工字梁在汽车实际运行中的特定工作条件及实际工况下进行力特性理论计算，使用HyperMesh软件分析前轴工字梁在最大垂向力、最大扭转工作和紧急制动条件下的流体动力学特性，以及在这三种不同工作条件下的前轴工字梁的流体动力学特性得到应力云图和位移云图。在满足前轴工字钢的强度和刚度的前提下，使用HyperMesh的ShapeOptimization模块优化前轴工字梁结构及进行静态和模态分析，以验证优化后结构的安全性和可靠性，从而降低前轴工字钢的质量，降低成本，提高整车性能。

关键词：轻量化静力学分析模态分析

为了确保汽车在行驶中的安全性和可靠性，某重型汽车前轴工字梁的设计过程必须满足应力和应变要求，同时还要确保在汽车正常行驶过程中，前轴工字梁不会因局部集中应力而发生塑性变形甚至破裂。前轴工字梁结构相对复杂，特定行驶过程的工作条件也有所不同。以前的设计方法不能满足准确计算某重型汽车前轴工字梁的应力和应变分布的要求。本设计使用先进的CAE分析技术，可以在各种工作条件下分析某重型汽车前桥工字梁的重量，而某重型汽车前桥工字梁的结构通过分析可以获得更准确的分析结果及进行优化设计，为了将更轻的重量方案更有效地应用于实际生产[1]。减轻体重并不是盲目地减重。对于某重型汽车前桥工字梁，减轻重量是基于以下事实：某重型汽车前桥工字梁的强度和刚度特性未受影响，压力显著降低。从降低汽车质量的角度出发，本论文着重分析了几种实际不同条件下的某重型汽车前轴工字梁力[2]。有几种不同的工作条件，例如最大垂向力，最大扭转力，紧急制动条件等。最大垂向条件是汽车在满载情况下高速通过不均匀道路时施加到车轴上的力。而汽车紧急制动工况是指汽车在承受最大载荷的条件下紧急制动时车桥的受力情况。在这种情况下，某重型汽车前桥工字梁可以改变结构而无需改变轴承强度，然后对某重型汽车前轴工字梁进行有限元建模，包括建立几何模型、限制选择单元和网格划分。某重型汽车前轴工字梁的优化设计主要从工字梁结构中考虑[3]。在省略一些卸载的零件或从零件本身简化或简化不同零件的接头后，优化了某重型汽车前轴工字梁，而不会影响整体分析结果。比较静态和模态分析，然后确定是否满足要求，最后获得最佳的轻量化方法。本文将研究某重型汽车前轴工字梁，在静态分析和模态分析下以保持重量、成本和性能之间的平衡，并满足某重型汽车前轴工字梁的强度。假定刚度，可以将有限元方法应用于某重型汽车前轴工字梁的结构分析和轻量化设计，而不会降低汽车的性能，去除一些多余的强度和刚度。最大限度地利用材料。同时，它有助于改善整车质量及车辆性能，降低成本、降低能耗，减少污染物排放至关重要。

1实施方案

通过对国内外汽车行业发展及汽车轻量化现状进行研究，对某重型汽车前轴工字梁的轻量化的设计，不仅能提升整车性能，而且能降低车辆成本，对汽车行业的发展都有着十分重要的意义。某重型汽车前轴工字梁只需要在改进的地方进行静力学分析及模态分析，再结构优化，就能满足汽车使用要求。具体实施方案为：

（1）对重型汽车前轴的受力特点进行分析，计算其在不同工况下的受力情况；

（2）使用UG对某重型汽车前轴工字梁建立三维模型，为建立其有限元模型做好准备工作；

（3）在HyperMesh软件中，定义单元类型并赋予模型材料属性，再进行网格的划分并建立某重型汽车前轴工字梁的有限元模型；

（4）运用HyperMesh软件，对某重型汽车前轴工字梁进行静力学分析；

（5）运用HyperMesh软件对某重型汽车前轴工字梁进行模态分析；

（6）运用HyperMesh优化模块对某重型汽车前轴工字梁进行结构优化设计，以达到轻量化目标；

（7）完成后对已优化的某重型汽车前轴工字梁模型进行有限元分析，验证所得结果能否满足某重型汽车前轴工字梁所需的要求。

前轴受力的理论分析为车轴上的驱动力更加复杂。所接收的力不仅是垂直力，而且是扭转力和切向力。在实际驾驶过程中对于受力，根据行业标准QC/T513-1999，车轴在行驶中的受力确定以下三种典型条件。

（1）最大垂向力条件：车辆在满载情况下高速通过不均匀道路时施加到车轴上的力；

（2）最大扭转力条件：在满载情况下，前轴在y轴方向上受到的两个对向力；

（3）紧急制动状态：车辆在满负荷情况下紧急制动时施加在车轴上的力；

如果在上述某些条件下可以满足车轴强度要求，则意味着在不同的工作条件下行驶时，车轴都可以满足基本要求。

某重型汽车前轴工字梁的静力学分析具体步骤如下：

（1）前轴工字梁几何模型的建立。

（2）前轴工字梁有限元模型的建立及网格的划分。