基于ANSYS的自行车车架结构有限元分析

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. . . . 摘 要

汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要容。在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。

本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。

关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析

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. . . . Abstract

The automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has

become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in

automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the

机电技术　２０１５年６月　

图３智能监控设备软件流程图　讯，此服务的客户内容包括ＩＰ地址以及云服务器　

的ＴＣＰ端口号等所传输的信息。在正常的通信中，　

该模块负责收发智能终端模块和云端的数据　。　

串口摄像头通信模块通过单片机获取摄像头　

图像，设备上电初始化时打开串口，设置图像分辨　

率。正常通信时循环执行开始采集图像、获取图　

像数据、结束采集图像并上传。　

４结语　

实践表明，利用单片机ＡＴ８９Ｃ５２和ＭＣ５５通　

信模块设计的无线数据传输模块，体积小、功耗　

低、电路构造简单，可以方便地嵌人基于ＲＳ２３２接　

口通信的数控机床远程监控系统中。通过该模　

块，能够将机床数据通过无线通信传送给云端服　

务器，同时任何联网设备均可远程监控机床状态，　

方便维修人员快速便捷的诊断。　

参考文献：　［１】１王浩林，徐志明，李郝林，等．基于网络的数控机床远程监控与管理系统设计与实现『Ｊ］．机床与液压，２０１４，４２（１０）：１４９—　

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基于ANSYS的车架动态有限元分析的应用

作者：牟昊

来源：《硅谷》2011年第07期

摘要： 通过构件装配的方法对湖北三环专用汽车公司STQ3062L2Y33型号的货车车架建立车架三维模型，利用软件ANSYS对车架进行有限元建模。同时进行动态有限元分析，并对分析结果进行研究，得到车架变形和应力变化规律。

关键词： 货车车架；ANSYS；动态分析；有限元分析

中图分类号：U463 文献标识码：A文章编号：1671－7597（2011）0410128－01

车架是发动机﹑底盘和车身各个总成的基础，是关键的承载部件，所以研究车架的强度和动态特性十分重要。由于汽车运动具有随机振动的特点，车架是受随机载荷的作用，这给车架动应力的计算带来一定的困难。随着计算机应用的快速发展，诸多大型仿真软件应用于汽车仿真技术上，使得在计算机上就可以对汽车车架进行逼真的动态仿真分析。本文基于ANSYS软件对湖北三环专用汽车公司型号为STQ3062L2Y33的货车车架进行研究。

1 车架的模态分析

1.1 车架有限元模型及振型

本文车架建模采用CATIA中的曲面设计，通过装配的方法对车架进行仿真建模，再将模型导入ANSYS中划分单元格。进行模态分析时，唯一有效的“载荷”是零位移约束。本文运用子空间法分析其自由模态，所以对车架不做任何处理。计算得到车架前15阶固有频率的值，见表1。

表1各阶模态计算结果

可以看出第一阶到第六阶车架振型只是简单的平移或者旋转，这是因为分析的是自由模态，并没有对其施加约束，所以前六阶振型对整车的分析价值不大。从第七阶开始，车架开始出现了形状上的变化，阶次越高，振型越复杂，开始只是简单的一阶扭转和弯曲，从第十阶开始出现了二阶变形，从第十二阶开始又出现了局部模态。计算求得本文的发动机怠速频率为25Hz，工作频率在40～90Hz。由表1可知汽车在怠速起步阶段势必会达到固有频率，容易导致车架弯曲变形，驾驶室有颠簸感。随着长时间的行驶，容易导致支撑发动机和驾驶室的横梁变形或开裂，这对于车架寿命以及行驶安全都是不利的，需要对车架进行改进。从第十阶到第十五阶，车架的固有频率在发动机的工作频率范围内，说明在行驶过程中可能会发生共振。此外，在高阶模态振型中可以看出，车架后端横梁变形较为严重，需要对其改进。 龙源期刊网

基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析

模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。

装配体的仿真所面临的问题包括：

（1）模型的简化。这一步包含的问题最多。实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有的很薄且形状极不规则，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。在对一个装配体进行分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型？如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差范围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。

（2）零件之间的联接。装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。我们知道，如果零件之间不能发生相对运动，则直接可以使用绑定的方式来设置接触。如果零件之间可以发生相对运动，则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近，我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？

（3）材料属性的考虑。在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。我们在初次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。