特种越野车车架有限元分析及结构优化

摘要

随着汽车行业的迅速发展，CAE技术在汽车产品设计中己被广泛应用，并在研发和后续改进阶段起着很重要作用。利用有限元分析法对汽车零部件进行各种性能分析，不但可以为汽车产品的后期改进提供理论依据和数据参考，而且还能缩短汽车产品的开发周期，降低研发成本。
　　本课题是北京某汽车公司开发的某型特种越野汽车项目的一个子项目，以特种越野车车架为研究对象，主要工作是利用有限元法开展一系列分析工作，并在分析得出结果的基础上，对车架局部结构进行优化设计，为车架的以后设计和改进提供理论参考和数据支持。
　　本文简单介绍了车架结构的基本设计，运用UG软件建立三维几何模型，并将几何模型导入Hyperworks软件中，对其进行抽取中面、网格划分、模拟焊接、添加材料属性等前期处理，建立有限元分析模型，最后将模型导入Abaqus软件中进行相关性能分析。分析与计算的主要内容有模态、强度和刚度，其中强度分析最为详细，列举了四种典型工况，分别为20°斜面上行驶时的弯曲工况、大扭曲越障路面行驶时的扭转工况、紧急制动工况和紧急转弯工况。
　　根据前期分析结果，通过受力分析，采用应力抵消和分解的办法，对车架结构进行改进设计，并对改进后的车架进行再次分析。通过对比改进前后车架的分析结果，发现改进后的车架更合理，达到了改进的目的。

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第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 有限元法在国内外发展概况

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本章小结

第二章 有限元理论及相关软件介绍

2.1 有限元理论发展概述

2.2 有限单元法基本理论

2.2.1 线弹性体静力学问题

2.2.2 收敛条件

2.2.3 单元分析及整体方程求解

2.3 结构整体刚度分析

2.4 有限元软件(Hyperworks)的介绍

2.5 本章小结

第三章 特种车架有限元模型的建立及模态分析

3.1 车架的设计

3.1.1 纵梁设计

3.1.2 横梁设计

3.1.3 车架加强件

3.2 车架有限元模型的建立

3.2.1 有限元建模的关键问题

3.2.2 车架模型的建立

3.3 车架的模态分析

3.3.1 模态分析理论基础

3.3.2 模态提取方法的选择

3.3.3 模态分析结果

3.4 本章小结

第四章 特种车架的静态分析与刚度计算

4.1 车架的强度分析

4.2 确定载荷

4.3 四种工况下的强度分析

4.3.1 斜坡路面行驶时的弯曲工况

4.3.2 大扭曲越障路面行驶时的扭转工况

4.3.3 紧急制动工况

4.3.4 紧急转弯工况

4.4 车架的刚度计算与分析

4.4.1 弯曲刚度值分析

4.4.2 扭转刚度值分析

4.5 本章小结

第五章 特种车架的结构优化设计

5.1 车架改进设计

5.2 改进后的分析与计算

5.2.1 模态分析

5.2.2 强度分析

5.2.3 刚度计算

5.3 车架改进前后的性能对比

5.3.1 模态对比

5.3.2 强度对比

5.3.3 刚度对比

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文