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某特种车车架结构有限元分析与优化设计
| 论文题名： | 某特种车车架结构有限元分析与优化设计 |
| 关键词： | 车架结构;三向弹簧单元;动静态分析;尺寸优化;有限元法;HyperWorks平台 |
| 摘要： | 车架是车辆的重要承载部件，承受着车辆所传递的包括来自路面与发动机的振动激励等车辆总成部件的多种复杂载荷。因此，车架结构的设计在汽车设计中占据重要的位置，其性能的好坏将直接影响整车性能的优劣。随着计算机和有限元计算方法的快速发展，为车架的结构分析与优化设计带来了新的变革。通过有限元法对车架结构进行分析，利用分析结果优化车架各项参数来提高车架的静态与动态性能，同时得到材料属性的最优分布，还可以缩短研发周期和降低成本。 本文以有限元软件HyperWorks为平台，对某款特种车车架的力学性能进行计算、分析、预测和模拟，并对车架进行优化设计。 首先，运用CATIA软件中的板壳单元建立车架三维几何模型，之后将几何模型导入到HyperWorks软件进行几何清理、划分网格、网格质量检查等技术，建立高质量的车架有限元网格模型。采用三向弹簧单元模拟前悬架、梁单元与弹簧单元组合模拟后钢板弹簧悬架。车架部件之间的连接方式采用RBE2单元进行刚性连接处理。之后对车架施加材料属性及载荷建立有限元模型。 其次，在HyperWorks软件中，对车架进行了静态分析与评价，了解了车架在不同工况下应力分布情况。并对车架进行了模态分析，研究车架的模态对其疲劳的影响。之后在模态分析的基础上，进行了模态频率响应分析，为了更加直观的了解车架在不同频率激励作用下引起的位移响应情况，并对车架动态响应特性进行了评价。分析出车架的1、3阶固有频率会被激励产生共振现象。 然后，用OptiStruct软件，以车架静态分析和动态分析为基础，车架各零部件厚度为设计变量，第2阶固有频率为设计目标，在满足车架质量不被增加以及1阶频率不被减小的约束条件下提高第2阶固有频率，建立车架结构的尺寸优化模型。优化后2阶固有频率提到43.69Hz，避开了由模态频率响应分析中的40Hz附近频率峰值激励频带，同时1阶固有频率(16.40Hz)保持不变，车架质量减少0.001吨。 最后，对尺寸优化后的车架进行各项性能校核，包括强度、刚度与模态校核。对比优化前后，车架的各项性能均得到不同程度的提高，优化后效果明显，车架满足设计要求。 |
| 作者： | 周国建 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 黄鼎友 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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