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基于有限元分析的皮卡车架轻量化设计
| 论文题名： | 基于有限元分析的皮卡车架轻量化设计 |
| 关键词： | 皮卡车;车架结构;轻量化设计;有限元分析 |
| 摘要： | 有限元法在汽车产品设计中的应用日趋成熟，它能对受力情况复杂的各种机构进行变形计算和应力分析。本课题研究的是皮卡车车架的轻量化优化设计，用CATIA建立了该车架的有限元模型，用有限元分析软件对车架进行自由模态分析、满载弯曲工况和扭转工况下的刚强度分析，在此基础上对车架进行结构改进和尺寸优化设计，并验证车架结构和使用性能的合理性。 首先用CATIA建立了该车架的三维实体数模，根据车架的实际情况确定出受力部分，简化原车架结构，并把简化后的数模导入HyperMesh中，导入后抽取车架结构中面。利用HyperMesh提供的划分网格工具划分网格并检查网格连续性和网格的质量，直到所有网格质量达到要求。 进行有限元分析前为了验证原车架结构的合理性，对车架进行自由模态分析，得到车架的固有频率，分析结果表明车架在低频率阶段不会发生共振，证明车架的结构合理。对车架的有限元模型添加属性和边界条件，本课题选择了满载弯曲和满载扭转两种典型工况对车架进行刚强度分析，分析结果显示刚强度满足，而且有比较大的剩余。但在满载扭转工况下车架后悬架处应力比较大，针对这种情况，对车架的结构进行了优化，在应力较大处添加了加强筋。然后对优化后的车架做模态分析，分析结果显示，车架结构合理，而且在满载扭转工况下的最大应力变小。 在静力学分析基础上对车架进行轻量化设计，本课题把车架各部件的厚度作为设计变量，根据受力情况控制变量的变化范围;以车架的屈服极限和变形位移为约束条件;把质量最小设为目标函数，从而得到优化后的车架重量和构件的厚度。与原车架相比优化后车架的质量减轻了10.25％，达到比较好的轻量化效果。轻量化后车架的结构发生了比较大的变化，因此要进一步验证车架的各种性能。对车架进行了模态分析和静态疲劳分析，结果显示车架的结构和使用寿命满足要求。 |
| 作者： | 雷红 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 赵树朋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北农业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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