基于有限元分析的节能车车架轻量化设计

基于有限元分析的汽车零部件轻量化设计作者：郭亚鑫来源：《农业技术与装备》 2018年第7期基于有限元分析的汽车零部件轻量化设计郭亚鑫（山西农业大学，山西太谷 030800）摘要文章阐述当前汽车零件轻量化的相关研究，在汽车上采用铝合金实现轻量化效果，提出脚踏板采用铝合金代替传统材料，能够利用软件分析的方法进行校核，这种方法在汽车零部件中实现了推广运用，对于轻量化发展具有一定意义。

关键词有限元分析汽车零部件轻量化设计中图分类号TH122 文献标志码 Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2018.07.002节约能源已经成为人类社会可持续发展的重要条件，人类在新途径开辟中寻求新的发展方向和模式已成为了当前急需解决的问题。

如今汽车保有量逐年增加，在改善人民生活水平的同时，也会带来一些问题，比如交通事故，能源消耗等，并且人们对于汽车安全舒适度的要求以及环保要求逐渐提高。

1 汽车轻量化的研究方案目前汽车制造逐渐实现轻量化发展，在市场竞争中要想不被淘汰，需要实现汽车轻量化设计。

目前采用材料轻量化和CAE分析的方法，完成汽车结构优化设计。

首先从其轻量化的研究途径上，主要包括三种方法，首先结构优化，能够对设备的结构和部件结构进行改变，能够使结构厚度更具合理性，实现轻量化。

其次，能够利用高强度和密度小的轻质材料代替传统材料，实现汽车自身的轻量化，最后采用先进的制造技术，实现产品轻量化。

首先从结构优化来看，包括三个方法：传统设计方法；新型材料设计；软件分析方法。

软件分析实际上就是将要优化目标函数导入之后，通过运用计算机软件完成自动化分析，获得最优解，能够最大化满足设计需求，但是通过软件得到的结果通常会与实际情况存在一定的差异，需要人为进行后期的改进；运用新型材料实现汽车零部件的轻量化设计。

近年来，随着材料工业的发展，研发了很多新型材料，一些合金材料密度较低，强度高，能够满足原有产品的需求，同时质量相对来说比较轻，利用这些材料可以实现轻量化。

基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种常用的工具。

该方法基于数学模型，将结构划分成一系列小的单元，通过计算每个单元的应力、变形等物理量，反推得到整个结构的力学性能。

在车架轻量化方面，有限元法可以帮助我们快速地找到轻量化的设计方案，并通过仿真分析验证其性能，从而提高车架的安全性和可靠性。

首先，在轻量化设计中，我们需要寻找轻量化的潜在方案。

有限元法可以帮助我们划分车架结构，并计算不同部件的受力情况。

通过对受力情况的分析，我们可以找到那些不必要的部件或重量过剩的区域，从而进行删减。

例如，我们可以尝试使用高强度材料或降低材料使用量等方式来达到轻量化的目的。

其次，在设计轻量化方案后，需要通过仿真分析来验证其性能。

在有限元法中，我们可以将车架结构的物理特性输入到数学模型中，并通过计算得出其应力分布、变形情况等。

通过这种方式，我们可以在实际试验之前，快速地评估轻量化方案的性能，并进行修改和优化。

最后，有限元法还可以帮助我们改进设计方案，以进一步提高车架的性能。

例如，在仿真分析中，我们可以调整材料的类型和厚度，以达到更好的性能。

我们还可以通过优化部件的形状和尺寸，来减少结构的应力集中和变形等问题。

总之，有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种非常有效的工具。

通过使用该方法，我们可以快速地找到轻量化方案，并通过性能仿真进行验证和优化，最终提高车架的安全性和可靠性。

为了能更清楚地了解车架轻量化设计和仿真分析的数据，我们可以以一辆小型轿车为例，尝试列出相关数据并进行分析。

首先，我们需要了解该汽车原始的车架结构的总重量、尺寸和材料类型及数量等情况。

假设该汽车的车架总重量为1000千克，尺寸为4000毫米长、1500毫米宽和1500毫米高，使用的材料为钢材和铝材，其中钢材使用量为80%。

我们可以看到，该车架的重量相对较高，需要进行轻量化设计。

接下来，我们可以通过有限元法对该车架进行轻量化设计。

基于有限元分析的轻量化车身设计优化研究随着汽车工业的不断发展，轻量化车身设计越来越受到关注。

轻量化车身设计可以降低汽车质量和能耗，同时提高车辆的安全性能和驾驶舒适性。

为了满足日益增长的市场需求，汽车制造商不断探索新的轻量化技术，其中有限元分析是一种广泛应用于车身设计的技术。

有限元分析是一种数字仿真技术，可用于预测材料和结构的反应和行为。

在轻量化车身设计中，有限元分析可以用于确定材料在负载下的性能，了解应力的传递和变形情况，并优化车身结构和性能。

这种技术不仅可以减少车身重量，而且可以提高车辆的刚度和承载能力。

轻量化车身设计的关键在于选择材料。

合理选择轻量化材料不仅可以减轻车身重量，还可以提高材料强度和刚度。

常用的轻量化材料包括高强度钢、镁合金、铝合金、碳纤维和复合材料等。

针对不同的应用场景和加工成本，汽车制造商需要仔细选择材料和结构。

在有限元分析的基础上，汽车制造商可以针对不同的应用场景进行车身设计优化。

例如，在碰撞测试中，车身的吸能能力是一个非常重要的参数。

为了提高车身的吸能能力，制造商可以选择具有高强度和韧性的材料，并改变车身结构来增加吸能区域。

同时，制造商还可以使用有限元分析来优化车身的裂纹传播路径，减少碰撞后车身的损坏范围。

另一个优化点是降低车身噪音和震动。

汽车在行驶过程中会产生各种噪音和震动，这些不仅影响驾驶舒适性，还会对车身结构造成损伤。

制造商可以使用有限元分析来分析材料和结构的固有频率，选择合适的材料和结构，进而减少车身的噪音和震动。

最后，轻量化车身设计还可以提高车身耐用性和可持续性。

轻量化车身可以减少汽车质量和燃油消耗，同时减少对环境的影响。

为了提高车身的耐用性和可持续性，制造商可以选择具有高耐腐蚀性的材料，并在车身结构上使用高效的防护措施。

总之，基于有限元分析的轻量化车身设计优化是一种有效的技术。

使用这种技术，制造商可以在不牺牲车身性能和安全性能的前提下，实现车身轻量化和优化设计。

基于ANSYS Workbench车架的有限元分析和轻量化研究作者：赵艳梅郑艳萍来源：《科技风》2018年第34期摘要：本文基于ANSYS Workbench仿真平台，以云南红塔金麒麟、玉麒麟系列卡车车架为研究对象，实现对车架的静力学分析和轻量化研究，为车架的设计和优化提供参考。

关键词：有限元建模；静力学分析；轻量化设计随着社会对节能减排的要求越来越高，汽车的轻量化已成为汽车领域的重要发展方向之一，而车架是汽车的重要部件之一，约占据着汽车重量的1/10，因此车架便成为汽车轻量化的首要目标。

1 车架的有限元建模有限元建模是有限元分析过程中的第一个重要步骤，本文采用 ansys Workbench 15.0版本，对云南红塔金麒麟、玉麒麟系列卡车车架进行有限元分析。

车架采用的材料为Q345，该车架全长6924mm，轴距3500mm，前端宽835mm，后端宽745mm，由左右2根纵梁和8根横梁组成，是一个典型的边梁式结构。

基于相关建模原则和网格划分方法，依次实现了：1车架几何模型的建立-考虑到车架结构的复杂性，为了提高建模效率，本文选用建模功能强大的SolidWorks软件建立几何模型；2单元类型的选择-车架纵、横梁建立为面模型，吊耳结构建立为实体模型，悬架系统采用弹簧单元来模拟，Workbench自动识别后，分别采用SHELL181，SOLID186和COMBIN14三种单元进行模拟；3连接关系的模拟-在Workbench中，纵梁和横梁以及纵梁和吊耳均采用Bonded接触关系，而悬架系统采用弹簧单元模拟板簧；4有限元网格的划分-依据网格划分标准，并结合计算精度和成本，对车架进行了合理的网格划分。

通过这一系列过程，建立了车架的有限元模型，为后文的分析打下了良好的基础。

2 车架的静力学分析有限元法对车架进行静力学分析，可以得到车架在静态载荷下的变形和应力分布情况，并可预知车架的薄弱位置，为车架的设计和优化提供指导和参考。

毕业设计（论文）开题报告
分析，可看到构件在各个载荷状况下的变形情况，可以得到刚度、强度等各种力学性能。

之后可将这些结果返回到设计过程中，修改其中不合理的参数，经过反复的优化，使得产品在设计阶段就可保证满足使用要求从而缩短设计试验周期，节省大量的试验和生产费用，它是提高汽车设计的可靠性、经济性、适用性的方法之一。

因此，为了保证其设计的精确性和缩短设计周期，基于有限元分析，研究它的静、动态力学特性，对其结构进行优化设计，是非常重要和必须的。

二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题
设计的主要内容：
（1）研究汽车车架的组成、结构与设计；
（2）建立有限元计算模型；
（3）研究汽车车架的载荷；
（4）加载进行静、动态分析；
（5）对汽车车架的结构参数进行优化设计。

拟解决的主要问题：
ANSYS分析主要步骤：
（1）运用ANSYS进行有限元静、动态分析，重点进行强度分析。

（2）应用ANSYS的参数化语言实现汽车车架参数的优化设计。

三、技术路线（研究方法）。

基于有限元的电动摩托车车架设计与优化随着电动车辆的快速发展，电动摩托车成为人们出行的一种新选择。

在电动摩托车的设计与制造过程中，车架设计是重要的一部分。

有限元分析方法被广泛应用于车架设计与优化中。

本文将介绍基于有限元的电动摩托车车架设计与优化的方法和过程。

首先，车架设计需要考虑电动摩托车的结构强度和刚度。

通过有限元分析可以确定车架的受力情况，并为优化提供依据。

在有限元分析中，将车架模型化为有限数量的单元，计算每个单元的受力，并通过单元之间的连续性边界条件来计算整个车架的受力分布。

通过这种方法可以评估车架在不同受力情况下的强度和刚度。

其次，车架优化需要考虑多种因素，包括结构强度、刚度、重量和制造成本等。

通过有限元分析可以评估不同设计参数对车架性能的影响，从而优化车架的设计。

例如，可以通过增加材料的厚度或改变材料的类型来提高车架的强度和刚度。

另外，还可以通过优化结构形式或减少冗余部分来降低车架的重量。

通过优化车架的设计，可以提高车辆的整体性能和驾驶体验。

最后，车架设计与优化还需要考虑制造的可行性和成本。

有限元分析可以评估不同设计参数对制造成本的影响，并提供优化建议。

例如，通过减少零件数量或优化材料使用可以降低制造成本。

总结起来，基于有限元的电动摩托车车架设计与优化是一个综合性的工程过程。

通过有限元分析可以评估车架的结构强度和刚度，并提供优化建议。

通过优化车架的设计可以提高车辆的整体性能和驾驶体验。

最后，还需要考虑车架设计的制造可行性和成本。

这些步骤的完整执行将有助于设计出高性能、高可靠性且经济实惠的电动摩托车车架。

关于半挂车车架有限元分析与轻量化分析摘要：文章主要从半挂车实体建模及有限元的简述出发，分别简述了车架有限元模型的建立，以及轻量化的车架结构优化，旨在与广大同行共同探讨学习。

关键词：半挂车车架；有限元分析；轻量化一、半挂车实体建模及有限元的简述1.半挂车介绍半挂车是一种道路运输车辆，由两部分构成，一部分是带有动力的车头，另一部分为承载货物的半挂。

半挂车是目前普遍应用的运输工具，按用途分为专用和普通两种。

按大梁的结构来分有平板式、阶梯式、凹梁式三种。

如下图1-1所示。

图1-1 半挂车分类板式半挂车可以最大利用空间，同时离地面较高，方便公路运输。

阶梯式半挂车货台比较低，方便货物的装卸，凹梁式半挂车具有较小的离地间隙和较低的货台。

半挂车第二部分半挂结构主要由车架、双侧保护装置、工具箱、挡泥板、轮轴、牵引装置、电路、气制动、支撑、悬架装置、备胎、车箱、后保险杠等结构组成。

2.有限元法介绍有限元法是用简单的问题替换复杂的问题并进行求解，具有计算精度较高的优点，可对不同复杂形状的工程问题进行科学有效的分析以及计算。

二、车架有限元模型的建立建立有限元模型是进行有限元分析的基础，也即选择单元类型、赋予材料属性、划分网格、模拟连接方式、施加边界条件的过程，其中划分网格是前处理最为重要也是最为繁琐的步骤。

1.建立车架有限元模型应遵循的原则（1）确保模型的计算效率。

网格的大小、稀疏程度，也即单元与节点的数目多少，决定着计算结果的准确性和计算效率，在进行车架有限元模型建立的过程中应权衡好计算结果的准确性与计算效率的矛盾，找到最合适的网格尺寸。

（2）确保计算结果的准确性。

建立车架三维几何模型的过程中，在不影响分析结果的前提下，已经对车架进行了一定的简化，目的就是为了能够得到准确的结果，避免造成应力集中等问题。

2.模型导入及中面抽取（1）三维几何模型的导入和修复我们将利用 Solidworks 软件建立的车架的三维几何模型导入 Hypermesh 中。