基于MSCNastran的轻卡车架结构强度分析

根据澳大利亚铁路货车市场的需求,中国北车集团太原轨道交通装备有限责任公司设计了三轴转向架粮食漏斗箱平车,在总体设计时,把运用安全性和经济性置于首要考虑的因素,转向架应具有足够的强度和可靠性。

由于既有的焊接转向架在长期应用中有焊缝开裂的不良现象,而客户要求三轴转向架的寿命为30年,所以采用3E 轴铸造转向架。

该转向架主要由摇枕、侧架、斜楔减振装置、轮对组成和基础制动装置等组成。

其中,侧架作为该转向架的重要组成部分之一,为了验证侧架是否满足设计要求,运用HyperMesh 、NASTRAN 软件对该侧架的侧架1进行了静强度分析,结果表明,侧架1的静强度满足设计要求。

1侧架结构简介侧架采用可分式侧架组合结构,两个分侧架(侧架1和测架2)通过一个圆销及一对球面摩擦副连接,其中,侧架1与圆销连接处为圆孔,侧架2与圆销连接处为长孔。

这种结构不仅可以消除2个分侧架纵向的安装误差,而且有助于中间轮对顺利通过不平顺线路。

分侧架(侧架1和侧架2)承簧台与两侧车轴的间距不等,距中间车轴的间距是距端部车轴间距的2倍,这种结构有助于3个车轴受力均衡。

具体结构见图1。

2侧架有限元强度和刚度计算依据美国AAR M-203A 三轴转向架侧架设计试验要求确定三轴转向架侧架1静强度分析的载荷条件和评价标准,笔者采用NASTRAN 有限元分析软件对该转向架构架侧架1的静强度进行分析[1]。

2.1有限元模型的建立有限元模型建立时需要考虑所建模型与实际结构的几何类型要具有一致性,同时还要求单元传递运动的力学特性相一致。

根据这一要求,对侧架1结构采用体网格进行划分。

HyperMesh 作为网格划分的工具,它具有强大的几何修补和网格划分功能,可以提高计算结果的精度,因此通过HyperMesh 软件,采用10mm 边长四面体单元对侧基于NASTRAN 软件的三轴转向架侧架的静强度分析张燕,张春发收稿日期:2015-04-15;修回日期:2015-08-14作者简介:张燕(1987-),女,山西太原人,助理工程师,主要从事铁路车辆设计研究,E-ma il :752755715@ 。

10.16638/ki.1671-7988.2020.19.029基于Nastran的某轻卡栏板轻量化仿真优化研究杨新超（江西江铃专用车辆厂限公司产品技术部，江西南昌330001）摘要：文章基于有限元法，采用Nastran软件，对某商用轻卡的基础普钢窄尺寸栏板、基础普钢宽尺寸栏板、高强钢窄尺寸栏板和高强钢宽尺寸栏板共计四种上装方案进行了CAE刚度和强度分析，对比结果显示，两款高强钢栏板方案较基础方案结构强度性能得到提升，重量较基础普钢货柜减轻达到49kg和93Kg,轻量化效果显著。

关键词：轻卡；栏板；轻量化中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2020)19-94-03Simulation and optimization of light truck breast board lightweight based on NastranYang Xinchao( Jiangxi Jiangling Special Vehicle Factory Co, Ltd, Product technology Department, Jiangxi Nanchang 330001 )Abstract: Based on the finite element method and NASTRAN software, this paper analyzes the CAE stiffness and strength of four kinds of top mounting schemes of a commercial light truck, including the narrow size breast board of basic steel, the wide size breast board of basic common steel, the narrow size breast board of high strength steel and the wide size breast board of high strength steel. The comparison results show that the structural strength performance of the two high-strength steel breast board schemes is improved compared with the basic scheme, and the weight is relatively basic The reduction of container weight of Chupu steel reached 49kg and 93kg, and the lightweight effect was significant.Keywords: Light truck; Container; LightweightCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2020)19-94-031 引言随着国家经济飞速发展，轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。

基于MSC.Nastran车身强度优化分析高晓庆廖世辉闫立志陈建华长安汽车股份有限公司汽车工程研究院基于MSC.Nastran车身强度优化分析Strength Analysis for Body In White Based on MSC.Nastran高晓庆廖世辉闫立志陈建华长安汽车股份有限公司汽车工程研究总院CAE工程所，重庆，401120摘要：研发中的试制车辆在道路试验过程中通常会出现开裂等问题。

在设计过程中需关注车身的强度。

CAE通过强度分析模拟路试中极限工况，找出风险区域，提供结构优化方案，提高车辆性能，避免车辆在实际使用中出现开裂的质量问题，保证车辆的正常使用。

本文针对开裂问题进行结构优化。

关键词：白车身；强度； CAEAbstract: Threr are cracks in working process usually .That is the reason why we should pay attention to the BIW strength in design. We can find the reason taht caused crack using CAE simulation. In this paper, we do the cases to solve probelem using strength analysis of MSC.Nastran in auto structure design.Key words: body in white; strength ;CAE1引言车辆研发需要进行试制车辆的道路试验，重点考察设计车辆的性能。

设计要求在路试中车身不可以出现开裂。

CAE通过车身强度分析可模拟试制车辆在道路试验中的多种极限工况，找出风险区域，提供解决方案。

因此车身的强度分析对于整车的正常使用有非常重要的作用。

本论文主要是针对路试中开裂的问题进行白车身多种极限工况下的强度分析，进行结构优化，解决开裂问题。

设计仿真基于MSCNastran悬置优化（二）在开发工程车和乘用车时，为了整车的驾乘舒适性和减少动力系统振动向整车传递现象的发生，必须计算动力总成悬置系统的模态及解耦，以期达到良好的隔振效果和整车舒适性。

动力总成悬置系统主要有三个作用：1）固定和支撑动力总成，限制动力总成在各种工况下的位移量，防止与其它部件碰撞；2）隔振作用，将动力总成的振动尽可能少的传递到车身。

悬置系统隔振性能的核心就是解决刚体模态的频率分配和振动耦合问题，简言之就是关注动力总成的刚体模态和解耦率；3）作为动力吸振器，吸收来自路面的振动激励。

MSC Nastran是汽车行业有限元分析的标准工具。

在车辆NVH、强度、刚度和疲劳分析中有大量应用，针对悬置系统开发，支持：1）模态分析，支持模态振型计算，针对特定频率模态动能6个方向分解输出，基于：BUSH单元名义刚度是通过PBUSH的字域“K”定义；2）频响分析，与支持名义刚度（PBUSH – K,B/GE属性，模态法中模态频率计算）、频变刚度（PBUSHT- K、B），线性阻尼或频变阻尼特性分析，针对液压悬置系统建议频变阻尼特性；3）典型或极限工况，动力系统工作位置校核、支架强度校核，非线性弹簧特性，支持拉压特性曲线输入，其中基于PBUSH – K定义分析初始刚度，非线性分析中基于PBUSHT-KN非线性刚度曲线分析；4）详细悬置弹性元件设计，支撑超弹性材料，部件自接触等非线性特性分析。

Part.1非线性弹簧特性分析模型针对非线性弹簧特性，分析模型定义如下：第一步：MSC Nastran 非线性分析求解过程。

基于SOL 400定义非线性分析过程，分步加载 NLSTEP定义初始载荷，载荷步、最小步长，最大步长等参数。

其中RELDISP定义弹簧2个端点之间变化量。

第二步：动力总成模型定义，与基于MSC.Nastran悬置优化（1）相同，其中PBUSH增加，PBUDHT属性，增加压缩、拉伸曲线定义，模型数据卡片如下：PBUSH定义PBUSHT定义备注：· K -- 表示频变特性；· KN -- 表示非线性特性；· 名义值除了频响和非线性400分析外，其余分析类型都支持；· 名义值用来计算模态值，用频变曲线中的值计算各个激励点的刚度、阻尼值；· 非线性分析中，名义值做为非线性分析中的初始值。

基于传动CAE分析与MSC.Nastran的某商用车桥主减总成正向设计何维聪;张龙;郑小艳;郭飞航【摘要】Forward design ofa commercial axle’s main retarderassembly was performed based on the technology which the unite of transmissionCAE analysisand MSC.Nastran. After the bevel gear and bearing the preliminary design is completed, through a transmission CAE analysis software to establish the main by the assembly model and calculate, adjust the bevel gear and bearing design parameters so that it meets the requirements and the final shape. Envelope design is completed by three-dimensional modeling of the relevant housing part.A simulation model of the entire axle was established in the transmissionCAE analysis software and the flexible analysis was performed which the retarder、differential、housings’ sti ffness matrix and the information of point position was extracted with the method of sub-structure fromMSC.Nastran.Finally we can get a optimal design to meet the strength and stiffness requirements.%采用传动CAE分析与MSC.Nastran相结合的技术对某商用车桥主减总成进行正向设计。

基于MSC.Nastran的机载产品支架仿真及优化发表时间：2019-06-18T15:38:49.140Z 来源：《科技研究》2019年4期作者：张召娜1 金琳2[导读] 本文以某产品支架为例，基于MSC.Nastran对机载设备结构进行了仿真及优化，首先介绍了产品模型的简化原则和仿真分析的一般流程，在模态分析的基础上对产品进行了仿真分析。

（1.天津航空机电有限公司天津 300308）（2.天津新港船舶重工有限公司天津 300452）摘要：本文以某产品支架为例，基于MSC.Nastran对机载设备结构进行了仿真及优化，首先介绍了产品模型的简化原则和仿真分析的一般流程，在模态分析的基础上对产品进行了仿真分析。

通过仿真分析结果，找到了产品的薄弱位置，并对结构进行优化设计，找到了满足振动要求的方案。

关键词：机载电子产品；有限元；随机振动；MSC.Nastran；优化设计引言机载设备工作的稳定性和可靠性直接影响着军用飞机的作战性能[1]。

其中，设备结构的机械性能是必须要考虑的问题。

产品设计生产完成后，都要进行产品的机械性能试验，以检验产品的环境适应性，若产品不能满足主机要求，则需要重新设计生产，造成大量的资源浪费。

研制试验中，可以利用仿真试验减少生产物理样机的费用[2]。

本文以某型号产品支架为例，介绍了机载产品结构的仿真及优化。

1 有限元仿真机载产品通过卡箍与支架固定在一起，支架通过三个安装孔安装在飞机上。

在振动试验中，支架中间的安装孔产生裂纹。

仿真试验主要考核支架的机械性能，产品以等重等体积的圆柱代替，支架材料为1Cr18Ni9Ti，厚度2mm，材料弹性模量为198GPa，泊松比为0.28。

1.1 模态分析模态分析的目的是确定电子产品结构的动态特性（固有频率和振型），一方面避免与其他结构的频率共振，另一方面是其他动力响应分析的基础。

支架的前三阶模态分别为128.66Hz、268.64Hz、310.07Hz。

基于MSC.PATRANNASTRAN的结构优化程序系统
基于MSC.PATRAN/NASTRAN的结构优化程序系统
自行开发结构优化软件存在着人机界面和结构分析功能不足等弱点.在有限元软件MSC.PATRAN/NASTRAN平台上,用PATRAN的二次开发工具PCL建立了结构优化系统,此系统由NASTRAN作结构分析和敏度分析,采用自主开发的基于二级多点逼近算法的程序模块进行寻优计算,并且特别增加针对空间飞行器结构优化的特殊功能和相应前后置界面,使PATRAN/NASTRAN具有的结构优化功能得以扩展.典型算例和实际工程的应用结果表明,本程序系统计算准确快捷,使用方便,适用于航天器的结构优化.
作者：陈珅艳袁家军黄海CHEN Shen-yan YUAN Jia-jun HUANG Hai 作者单位：陈珅艳,黄海,CHEN Shen-yan,HUANG Hai(北京航空航天大学宇航学院,北京,100083)
袁家军,YUAN Jia-jun(北京航空航天大学宇航学院,北京,100083;中国空间技术研究院,北京,100086)
刊名：宇航学报ISTIC PKU 英文刊名：JOURNAL OF ASTRONAUTICS 年，卷(期)： 2005 26(4) 分类号： V414.19 关键词：结构优化 PATRAN/NASTRAN PCL 航天器。

汽车制造毕业论文轻卡整车有限元静力学动力学分析汽车制造毕业论文|轻卡整车有限元静力学动力学分析应用PATRAN建立轻卡车架、悬挂、车身等整车模型，并施以合理的约束边界条件，在考虑各种载荷下对整车的静强度进行分析计算与评价，并提出了合理可行的改进建议和措施。

为考察整车的动应力分布，通过在多体动力学软件ADAMS中构建整车的刚柔混合模型，并进行实际道路的模拟仿真，再利用其与NASTRAN的接口在NASTRAN中进行动响应计算，得到整车的动应力时间历程，从而为疲劳分析奠定基础。

在产品开发早期阶段应用CAE技术，仿真产品的各种性能来引导设计，提供产品品质验证并优化细节设计，最大限度的减少重复制作物理样机的次数，保证开发质量，最终达到缩短产品的市场化周期，缩短产品开发周期的目的。

针对全新开发的轻卡系列，利用MSC.NASTRAN软件对车身、车架的模态、刚度、强度进行分析计算，发现设计中存在的不足，并提出合理可行的改进措施，最终使整车强度和刚度满足要求。

1、整车有限元建模在构建有限元模型时，利用MSC.PATRAN软件良好的CAD接口，从外部输入UG、PRO/E三维模型，依据相关原则进行几何清理与简化，应用PATRAN的有限元前处理功能，通过建立单个零件有限元模型，最终形成整车有限元模型。

整个模型单元725015个，节点589235.有限元模型见下图。

2、整车静强度计算汽车静止时车架只承受弹簧以上部分的载荷，它是由车架和车身的自身质量、装在车架上各总成的质量和装载质量所受的重力组成，其总和称为车架的静载荷。

此次计算共提供两种工况。

弯曲工况：有限元分析过程中，要求有足够的约束条件以消除刚性位移，因此，约束前轮中心线位置上的节点的3个移动自由度、后轮中心线位置上的节点的2个移动自由度，作为整车约束。

扭转工况：在弯曲工况的基础上，按规范将右前轮抬高到某一数值。

计算得到的车身、车架应力云图如图2所示。

通过分析，发现车身最大应力部位主要位于前地板和中地板的凸起鼓包、曲率急剧变化处及某些支撑部位。

MSC ADAMS与MSC Nastran在汽车产品开发中的应用作者：北汽福田汽车公司许先锋MSC.ADAMS以其强大的车辆动力学模拟技术广泛应用于悬架系、转向系、动力传动系和整车的运动学、动力学分析，MSC.Nastran以其成熟的有限元计算技术在汽车结构分析中占有重要的地位。

结合ADAMS与MSC.Nastran各自的技术优势，联合应用ADAMS与MSC.Nastran进行车辆动力学分析和汽车结构分析是一种新的技术趋势，能为车辆产品开发提供更高精度的计算结果、更深入的分析结论，在产品开发中的作用愈加明显。

1．悬架系与转向系的模拟在进行车辆动力学的分析中，建立高精度的悬架系与转向系尤为重要，特别是悬架系的刚度、阻尼和运动性能关系到整车的振动特性和操纵稳定性，是建模的重点。

在各类悬架的模拟中，板簧的建模较为困难。

一般少片簧具有较强的非线性特性，多片簧由于片数多存在模型自由度过大的缺陷，CHASSIS/LEAFSPRING工具包构建的板簧模型精度较差，且与ADAMS/CAR的接口不方便。

针对这些问题，我们开发出一套较为完善的板簧建模方法，其模型精度高、自由度少，在各类卡车动力学分析中广泛应用。

2．整车动力学分析整车动力学分析的基础是建立正确的悬架系、转向系、动力传动系、轮胎模型、路面模型及驾驶员操作指令。

对动力传动系而言，若仅考虑其动力输出，可建立较为简单的模型；若详细考虑发动机（不同油门开度下的扭矩、转速特性）、离合器、变速箱的工作过程，需要建立复杂的模型。

对轮胎而言，若要进行操纵稳定性分析，需要进行不同载荷、不同胎压下的纵向力与滑移率、侧向力与侧偏角（包括不同外倾角的影响）、回正力扭与侧偏角、径向刚度与载荷的关系测试，利用TNO的MF_TOOL工具包，拟合轮胎的特性；若要进行整车振动分析，则要进行相应的轮胎振动测试，利用SWIFT_TOOL工具包，或F_TYRE工具包，拟合轮胎的特性。

对路面而言，模拟任意不平度的路面较为困难，利用专业信号处理软件与自我开发软件相结合，我们开发出一套较为完善的路面生成方法，可以很好地解决这个问题。

基于MSC Nastran的某电机支架强度优化分析作者：陈启亮金常忠王朋波高岩来源：《计算机辅助工程》2013年第03期摘要：采用有限元法对一款电机支架进行强度仿真和优化，将刚性单元和集中质量单元组合模拟负载质量连接，具有较高的计算精度和计算效率.强度分析结果表明，电机支架的端部支撑部件有应力集中现象，存在强度破坏风险.针对风险位置进行结构优化设计，使电机支架破坏的风险有效降低.关键词：电机支架；有限元；强度分析；结构优化中图分类号： TM31文献标志码： B0引言在结构设计中，电动机等部件作为质量负载连接在电机支架上.在实际使用过程中，电机支架受到各种载荷作用，可能会产生强度方面的问题.[1-2]应用有限元法进行结构风险预测能够缩短研发周期，降低研发成本，已成为工程行业广泛应用的主要手段.[3-4]本文应用有限元法，以某电机支架为研究对象，建立包含壳单元、体单元、集中质量单元和刚性单元等单元形式的有限元分析模型，采用MSC Nastran软件进行应力分析，并针对强度风险区域进行结构优化.1有限元建模本文所研究的电机支架，其两端通过螺栓固定安装在车身上，中段为管状支撑结构，向外侧延伸的支撑零件与管状支撑结构通过缝焊连接，并且固定着电机和减速器等质量负载.电机支架结构见图1.有限元模型中，支撑梁和连接板等钣金件用板壳单元模拟，以四边形壳单元为主，含少量三角形单元；实体金属块用实体单元模拟；缝焊采用节点对齐的RBE 2单元模拟，螺栓采用刚性单元与杆单元以RBE 2-CBAR-RBE 2的形式模拟.电动机和减速器等部件为铸造外壳，外壳刚度相对于整体电机支架结构大很多，故采用刚性单元和集中质量单元组合的方式来模拟：电机和减速器均简化为集中质量，采用CONM2集中质量单元模拟，质量单元与悬挂位置之间用RBE 2连接.3种极限工况中，电机支架的端部支撑件是结构的薄弱区域，最大应力均出现在此处.在颠簸工况的应力集中最为严重，最大应力为137 MPa.根据应力分析结果，电机支架的端部支撑件是主要的应力集中区域，虽然各工况的最大应力均低于材料的屈服极限235 MPa，但颠簸工况的安全因数仅为1.7，低于工程经验的安全因数，有一定的破坏风险，需要优化改进.3结构优化针对颠簸工况电机支架的端部支撑件，提出2种优化方案，见图3和4.优化方案1：改变端部支撑件的结构安装位置，形成上下相对的连接结构，支撑件最大应力下降到90.3 MPa，安全因数提升为2.6；优化方案2：安装方式和位置不变，加强端部支撑件的设计结构，封闭支撑件的开孔，最大应力下降到97 MPa，安全因数提升为2.42.从安全因数以及强度风险的角度对比，优化方案1是最优的，但是优化方案1需要调整电机支架的装配工艺.优化方案2的安全因数略低于优化方案1，同样满足工程设计的要求，而且不需要调整电机支架的装配工艺.经过对比，设计部门认为方案2实施工艺和变更难度更低，因此选取优化方案2作为新的设计方案.4结束语对电机支架进行应力分析，结果表明端部支撑件在颠簸工况的安全因数仅为1.7，存在强度风险.所提出的两个优化方案的改进效果均可满足设计要求，方案1的安全因数更高，结构本身也相对简单，但支架结构的装配工艺改动更大；方案2的零件本身较复杂，但无须改动电机支架的装配工艺，更适合作为工程化设计方案.通过有限元法对关注零部件进行分析，可以在结构设计阶段进行风险预测和结构优化，规避设计风险；避免“设计—生产—试验—改进”的重复，缩短研发周期，降低研发成本.参考文献：[1]黄国宁，陈海，霍应元. MSC Nastran优化在结构强度设计中的应用[J]. 计算机辅助工程， 2006， 15（S1）： 50-52.[2]张胜兰，郑冬黎，郝琪，等. 基于HyperWorks的结构优化设计技术[M]. 北京：机械工业出版社， 2007： 151-202.[3]BEERMANN H J. Static analysis of commercial vehicle frames[J]. International Journal of Vehicle Design， 1984， 5（1）： 26-52.[4]曾攀. 有限元分析及其应用[M]. 北京：清华大学出版社， 2004.。

基于MSC.NASTRAN的一种载货车车架设计童世伟;白亚鹏;张永生【摘要】文章介绍了商用车车架的功能及设计要求，从计算机辅助设计角度出发，介绍了一款优秀的有限元分析软件MSC.NASTRAN，并提出了基于MSC.NASTRAN的汽车车架强度计算分析方法。

%This paper introduces the function and design requirements of vehicle frame, and introduces an excellent finite element analysis software MSC.NASTRAN, and puts forward a method of calculating and analyzing the strength of automobile frame based on MSC.NASTRAN.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】3页(P68-69,77)【关键词】车架设计;有限元分析;MSC.NASTRAN;优化设计【作者】童世伟;白亚鹏;张永生【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601;安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U463.1CLC NO.: U463.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-68-03 汽车车架受力复杂，承载各零部件的自重及传给车架的各种力和力矩，汽车行驶时所受的冲击、扭曲、惯性力也要传递到车架上。

在车架的设计中，借助高逼近性软件，应用CAE设计，进行计算、分析、预测与模拟，可以优化产品结构，提高研发效率，降低设计开发成本。

基于车架性能要求以及设计中计算机分析工具的应用，本文做如下几个方面的探讨：（1）车架的功用及设计要求；（2）MSC.NASTRAN的基本功能及使用方法；（3）基于MSC.NASTRAN的车架CAE分析。

某牵引车架强度及模态分析张国正杨建永一汽集团青岛汽车厂技术发展部某牵引车架强度及模态分析张国正杨建永(一汽集团青岛汽车厂技术发展部)摘要: 车架是发动机、悬挂系统、车身总成及其他主要总成的安装基体，承受着复杂的力和力矩，车架应具有足够的强度与刚度，以保证车架和车架上的总成能满足设计要求。

为了解新设计的牵引车架的强度及模态特征，采用MSC.Patran、MSC.Nastran软件对车架进行强度及模态分析，为设计提供参考和改进依据。

关键词:牵引车架、强度、模态分析、MSC.Patran、MSC.NastranAbstract: The frame is the mounting base of the engine、suspension sysytem、body and other main assembly。

It endureed complex force and moment.The frame should have enough strength and rigidity in order to prevente frame and assembly which mounted on frame can satisfy the design requirement .In order to know the strength and modal property of the new desighed semin-trailer towing vehicle frame,MSC MSC.Patran and MSC MSC.Nastran was used to analyse，The desigher can benefit from it。

Key words:semi-trailer towing vehicle frame、strength、modal analyse、MSC.Marc.MSC.Patran、MSC.Nastran1 概述牵引车通过车架将发动机、悬挂系统、车身总成、牵引盘及其他主要总成连接成一个整体，车架是这些总成的安装基体。

第32卷 第10期 2010-10(上)【141】基于MSC.Nastran的轻型客车车身骨架的模态分析Modal analysis of light bus body framework based on msc.nastran苏小平，朱 健SU Xiao-ping ，ZHU Jian(南京工业大学 机械与动力工程学院，南京 210009)摘　要：车身骨架结构模态参数反映客车车身固有振动特性。

而振动特性的优劣直接影响到客车的使用寿命、乘坐的舒适性和行驶的安全性。

本文通过对车身骨架进行有限元建模，而后将其导入MSC.Nastran进行自由模态的分析，计算出了该客车车身骨架结构有限元模型的模态,最后对所计算的模态数据进行了分析，为该车车身的进一步动力学分析的提供了参考。

关键词：车身骨架；模态分析；有限元分析；MSC.Nastran中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2010)10(上)-0141-03Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(上).450 引言客车在行驶过程中，车身结构在各种振动源的激励下会产生振动，如发动机运转、路面不平以及高速行驶时风力引起的振动等等。

如果这些振源的激励频率接近于车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏[1]。

为提高汽车的安全性、舒适性和可靠性，就必须对车身的固有频率进行分析。

而车身骨架是车身的最主要部件，它的振动情况基本上就反映了车身的振动特性。

所以可以通过对车身骨架的模态分析，得到它的固有频率，从而在车身结构时设计避开各种振源的激励频率[2]。

1 车身骨架有限元模型的建立1.1 车身骨架几何模型的建立车身骨架大部分由采用不同规格的钢管所构成的。

各构件绝大部分采用矩形截面，在材料截面积和壁厚不变的情况下，矩形冷弯型钢制件抗弯性能稍低于开口断面结构，但其抗扭性能大大优于开口件，所以用矩形冷弯型钢构件作为车身骨架的焊接件，可以使车身有较好的抗扭性能和强度[3]。

基于MSC 1P atran/N astran 的桥式起重机主梁优化设计郑州大学机械工程学院　秦东晨　王迎佳　朱晓芳　陈江义　刘竹丽 摘　要:针对现行主梁设计中存在的结构笨重、材料浪费严重的问题,基于MSC.Patran 平台,构造某型桥式起重机箱型主梁模型,应用MSC.Nastran 对其进行结构和受力分析;以主梁各板厚度为优化变量,以强度和刚度指标为约束,应用MSC.Nastran 提供的优化方法,进行以主梁结构轻量化为目标的优化计算,得到合理的优化结果。

对我国桥式起重机的现行设计方法进行了一些改进和探索。

关键词:桥式起重机;箱型主梁;MSC.Patran/Nastran ;优化Abstract :Applying current methods to design overhead traveling crane girder has the problem of cumbers ome structure and serious material waste.This takes box girder of the 5-16t overhead traveling crane as study object and presents an improved de 2sign method.The m odel of the girder is built based on MSC.Patran and structure and force analysis is performed using MSC.Nastran.The optimal method provided by MSC.Nastran is used to conduct optimal calculation to obtain as light girder as possible with girder plate thickness as optimal variables ,and strength and stiffness as constraints.The optimization results are reas onable.K eyw ords :traveling crane ;box girder ;MSC.Patran/Nastran ;optimization 采用有限单元法和优化设计方法,以某型正轨箱型梁桥式起重机为研究对象,通过计算机仿真分析起重机主梁的强度、刚度和稳定性,找出最大应力和最大变形处,然后在此基础上,完成以结构轻量化为主要目标的优化计算。

基于MSC Nastran的汽车ESP安装支架优化与设计刘丽丽;叶远林;李义辉;蒋成武;吴泽勋【摘要】为提升汽车ESP安装支架的动力学性能,利用MSC Nastran对其进行强迫运动分析.分析支架系统的共振频率和加速度的最大增益特性,并根据分析结果对原始模型进行优化设计,提升ESP支架性能,从而保证车辆在各种状况下行驶的稳定性及安全性.使用仿真和台架试验的方法验证优化后的支架性能,二者结果非常接近,表明该仿真方法可为ESP支架的优化设计提供参考.【期刊名称】《计算机辅助工程》【年(卷),期】2017(026)003【总页数】5页(P25-29)【关键词】汽车;ESP;支架;强迫运动;共振频率;最大增益;激励【作者】刘丽丽;叶远林;李义辉;蒋成武;吴泽勋【作者单位】奇瑞汽车股份有限公司汽车工程技术研发总院,安徽芜湖 241009;奇瑞汽车股份有限公司汽车工程技术研发总院,安徽芜湖 241009;奇瑞汽车股份有限公司汽车工程技术研发总院,安徽芜湖 241009;奇瑞汽车股份有限公司汽车工程技术研发总院,安徽芜湖 241009;奇瑞汽车股份有限公司汽车工程技术研发总院,安徽芜湖 241009【正文语种】中文【中图分类】U463.5ESP本体不是直接固定在车体上的，而是通过减震垫固定在ESP支架上的，支架再通过螺栓与车体连接在一起，所以支架性能的好坏直接影响ESP的控制品质.[1]考察汽车ESP安装支架系统的共振频率和加速度最大增益特性是否满足目标要求，具有重要的现实意义.ESP支架系统是汽车的一个重要系统，是防抱死制动系统ABS和驱动防滑系统ASR的扩展，属于车辆的主要安全系统.ESP系统能够在几毫秒时间内识别出汽车不稳定的行驶趋势，让汽车的传动或制动系统产生所期望的准确响应，及时恰当地消除这些不稳定的行驶趋势，使汽车保持行驶路线和预防翻滚，避免交通事故的发生.[2-3]如果ESP支架性能不满足设计要求，就不能及时恰当地识别这些不稳定行驶趋势，易发生交通事故，严重影响汽车的行驶安全.国内很多学者对ESP系统进行研究，但未关注ESP安装支架的性能，所以对ESP安装支架进行强迫运动分析，考察其共振频率和加速度增益特性意义重大.[4]强迫运动模型见图1.假设输入的激励为P=p(ω)eiωt，响应为X=x(ω)eiωt，则系统的运动方程为式中：M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵.假设式中：φ为系统的模态变换矩阵.可把变量从物理坐标系转化为模态坐标系ξ(ω).把式(2)代入式(1)，两边同除以eiωt得两边前乘φT得φTKφξ(ω)=φTP(ω)若阻尼矩阵可以被正交(否则需要进行一些假设，使得阻尼矩阵可以被正交)，则根据模态正交性，式(4)变为式中：Mjj为j阶结构质量；Cjj为j阶结构阻尼；Kjj为j阶结构刚度；Pj为j阶激励力.式(5)中每阶模态的响应为再由式(2)可计算出系统在物理坐标下的响应[5].2.1 安装位置ESP本体在车辆上x或y平面内自由安装，标准的L型支架一般固定在车体大梁或底盘上，固定在车体大梁上的ESP系统见图2.2.2 工作机理ESP支架系统功能通常支持ABS和ASR，通过对从各传感器传来的车辆行驶状态信息进行分析，然后向ABS和ASR发出纠偏指令，以帮助车辆维持动态平衡.ESP 可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，特别是在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显.另外，偏航率和加速度传感器集成在电子控制装置(Electronic Control Unit, ECU)内，车辆的偏航率和加速度信号通过支架传递给ECU，所以要维持车辆动态平衡，首先要保证支架的性能要求.同时，位于支架与系统间的减震垫是整个传递函数(车辆到传感器)的一部分，基于频率特征，减振垫既能减少噪声又能精确地调制信号的传递特征.2.3 激励传递简介在实际工作中，ESP支架受到的激励是通过车辆传递过来的，并且支架的刚度远远小于车辆，因此可以把支架和车辆看成是非耦合系统.[6]支架仅接受与车辆连接处的振动激励，因此需要在螺栓孔位置施加激励载荷，激励传递路径见图3.在支架与车体连接的螺栓处施加幅值为1 N的单位激励(每个频率下)来代替实际的激励载荷，频率响应分析的频域范围为0～2 000 Hz，结构阻尼及弹性软垫阻尼因子均取0.03.激励方向为x，y和z这3个方向，具体位置见图4.一般线性分析只提供支架数据，安装孔采用刚性连接，未考虑电机、模块的质量及安装孔弹性软垫等参数，要使分析结果准确，必须模拟支架实车状态.(1)模拟难点.因电机及模块处弹性软垫动刚度要求不同，所以需要根据提供的减震垫动刚度曲线及整体ESP坐标图确定电机及模块侧安装孔处的坐标位置.坐标位置不准就会影响动刚度曲线的匹配，模块侧动刚度匹配不好时振动传递明显，过度放大后信号失真.(2)模拟重点.由于弹性软垫采用线性弹簧模拟，为保证分析的真实性，需要提供系统重心位置、转动惯量以及弹性软垫动刚度曲线.电机及模块的质量以集中质量加在支架质心处，若缺少这些参数,分析结果误差较大，直接影响ESP的控制品质. 4.1 模型建立及频率响应分析支架性能技术要求：在3个主要方向上进行测量，最小的系统共振频率必须大于50 Hz，共振点的最大增益小于10g，3个方向要求相同.针对支架性能技术要求，分析某车型ESP安装支架系统的振动频率和强迫运动下加速度的最大增益特性. (1)模型建立.采用壳单元建立支架有限元模型，与车体连接处螺栓采用RBE2单元进行模拟，支架之间采用焊接单元模拟.ESP安装支架有限元模型见图5.(2)频率响应分析.选取支架与车体连接处的螺栓进行约束固定，在支架与车体连接的螺栓处施加3个方向的激励载荷，分析支架性能.测量支架的传递函数时，需在3个主要方向上进行测量，3个方向要求相同.这里选取具有代表意义的x向作为考察点，得到该支架第1阶共振频率及该频率范围内x向共振点加速度的最大增益幅值.分析模型见图6，优化前支架最小共振频率云图及x向加速度曲线见图7，分析结果见表1.由表1分析结果及速度响应曲线可知，该支架第1阶共振频率及该频率范围内x向的加速度最大增益特性均不满足所制定的目标要求，直接影响ESP的控制品质，不能很好地传递信号功能.4.2 优化分析与试验对比由分析结果可知，该支架第1阶共振频率及该频率范围内x向的加速度最大增益特性均不满足所制定的目标要求，直接影响ESP的控制品质，不能很好地传递信号功能，因此需要对支架的结构进行优化分析[7]，优化后的支架见图8.从支架模态振型可知，该支架x向变形较大，为增加支架x向局部刚度：(1)将支架1纵横向加筋，支架1的耳朵3处局部加宽10 mm左右，增加7 mm翻边及填孔，且将支架料厚由2.0 mm增加到3.0 mm；(2)将支架2填孔，增加2处纵向筋，同时将料厚也由2.0 mm增加到3.0 mm，以改善结构动力学性能.优化后的分析结果具体见表2，加速度响应曲线及最小共振频率云图见图9.对优化后的结构进行频率响应分析，共振频率提升38 Hz，增益幅值下降13.5g，说明优化后的结构对整体刚度提升很大.优化后1阶共振频率及x向的加速度最大增益特性均满足性能要求.后期对该支架进行试验验证，仿真结果与试验分析结果的一致性较好，具体见表2，误差率在10%之内，能很好地反映实车情况.后期路试也未出现过问题，说明该分析方法比较合理.本文采用有限元软件MSC Nastran对ESP安装支架系统的结构进行动力学性能校核，找到结构较薄弱部位，然后进行支架优化设计，性能提高明显.此分析方法能够快速有效地对该型支架进行动态性能评价，为其动态性能的改善提供参考.目前，ESP已在轿车和SUV上都得到广泛应用，针对汽车ESP安装支架系统进进行动力学分析具有十分重要的指导意义.【相关文献】[1] BOSCH公司. BOSCH汽车工程手册[M]. 3版. 顾柏良, 译. 北京理工大学出版社, 2009: 4.[2] 周平君, 孙大勇, 王文广. 汽车电子稳定系统ESP及应用研究[J]. 黑龙江交通科技, 2011(9): 261-262.ZHOU P J, SUN D Y, WANG W G. Automotive electronic stability system ESP and its application[J]. Heilongjiang Communications Science and Technology, 2011(9): 261-262. [3] 宋传学, 李建华, 靳立强. 基于CAN通信的ESP硬件在环试验台开发[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010 , 40(S1): 71-75.SONG C X, LI J H, JIN L Q. Development of ESP HIL test bench based on CAN communication[J]. Journal of Jilin University(Engineering and Technology), 2010, 40(S1): 71-75.[4] 许文本, 焦群英. 机械振动与模态分析基础[M]. 北京: 机械工业出版社, 1998: 1-92.[5] 黄成刚, 刘永超, 唐述斌. 汽车车身频率响应分析[J]. 湖北汽车工业学院学报, 1999,13(4): 27-29. HUANG C G, LIU Y C, TANG S B. Analysis of frequency response on body[J]. Journal of Hubei Automotive Industry Institute, 1999 , 13(4): 27-29.[6] 陈江红. 车身结构与车内空腔流固耦合系统的模态分析[J]. 计算机辅助工程, 2007, 16(3): 101-105.CHEN J H. Body structure and car cavity of fluid-solid coupling system on normal modal analysis[J]. Computer Aided Engineering, 2007, 16(3): 101-105.[7] 崔宽. 基于Abaqus的汽车发动机油底壳动力学性能优化[J]. 计算机辅助工程, 2016, 25(4): 45-49. DOI: 10.13340/j.cae.2016.04.009.CUI K. Dynamic performance optimization on automobile engine oil pan based on Abaqus[J]. Computer Aided Engineering, 2016, 25(4): 45-49. DOI:10.13340/j.cae.2016.04.009.。