宽度可调变地隙篱架型喷雾车车架有限元分析及结构优化

摘要

车架是整车核心总成之一，车辆中其他许多重要部件也以车架为安装载体，行驶中车架还会承受各种复杂载荷综合作用，因此车架强度和刚度在设计阶段非常关键。鉴于车架的重要性，本文以国家863计划处于研发中的“宽度可调变地隙篱架型喷雾车”首台样车车架为对象，在充分研究其整体结构基础上采用CATIA建立几何模型，并借助软件之间通用接口导入ANSYS中。在广泛参阅相关文献后，依据车架实际创建对应有限元模型。
　　 经过载荷简化及边界约束确定，本文分别讨论了喷雾车车架模型在水平弯曲、极限扭转、紧急制动和紧急转弯四种典型工况下应力分布及变形情况。同时，进行模态性能分析，获得其自由状态下前二十阶振型与固有频率，校验车架工作可靠性及耐久性，从整体上保证车架强度及刚度。
　　 在试验研究中，本文参照车架试验行业规范选择关键位置安排测点并模拟水平弯曲及极限扭转工况，对样车车架实施相关电测试验，评定了样车力学性能，检查了理论分析阶段有限元模型准确性及数值计算可信度。根据ANSYS分析及电测试验数据对比可判断，该车架总体应力小于材料强度极限，满足设计要求。但是，从某种角度讲其强度仍有较大裕值，因此经济性亟待改善，为车架结构优化设计提供了重要理论及实际依据。
　　 在结构优化章节，本文根据前期研究对车架进行基于轻量化的结构优化设计。确定优化方案，以总质量为目标，在强度、刚度许可范围内，选择车架重要纵横梁截面形式、厚度等加以改进，改善了力学性能，减轻了车架自重，节约了制造原料，降低了生产成本。而且，依据结构优化研究成果制造出第二台样车完成田间及道路试验并获得国家权威部门检验报告。试验数据表明新样车整体运行状况良好，证明优化方案可以较好满足轻量化要求，提高了产品经济性，提升了产品市场竞争力。
　　 综上所述，本文创新地将CAD/CAE技术应用到专用车辆底盘车架结构设计中。结合实物现场电测试验及有限元方法对宽度可调变地隙篱架型喷雾车车架进行静态性能、模态性能研究，并将研究成果直接应用于喷雾车车架结构参数改进，为新一轮样车制造提供指导。作为863计划重要组成部分，本文研究课题具有良好工程实际意义。