導(dǎo)語(yǔ)：CAE技術(shù)在汽車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)的應(yīng)用一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：汽車(chē)車(chē)架是汽車(chē)的主要承載體，承受多種載荷，對(duì)整車(chē)的使用壽命和安全有著重要影響。在整車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)車(chē)架強(qiáng)度進(jìn)行分析。利用CATIA軟件進(jìn)行汽車(chē)車(chē)架零件CAD建模，結(jié)合CAD模型對(duì)車(chē)架進(jìn)行有限元建模，建立四種典型工況對(duì)車(chē)架強(qiáng)度進(jìn)行分析，通過(guò)有限元軟件計(jì)算，求得各工況下的靜態(tài)安全因子和應(yīng)力分布。

關(guān)鍵詞：有限元分析；車(chē)架；結(jié)構(gòu)

1概述

商用車(chē)是在設(shè)計(jì)和技術(shù)特征上用于運(yùn)送人員和貨物的汽車(chē)，分為貨車(chē)和客車(chē)。而商用貨車(chē)根據(jù)用途不同，分為自卸車(chē)和牽引車(chē)。車(chē)架是商用貨車(chē)的重要組成部分，是支撐和連接汽車(chē)的總成。并承受來(lái)自車(chē)內(nèi)外的各種載荷。因此，車(chē)架在滿足汽車(chē)總布置的情況下，必須具有足夠的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠龋允蛊湔９ぷ鳌１疚耐ㄟ^(guò)應(yīng)用有限元分析軟件對(duì)某商用貨車(chē)牽引車(chē)車(chē)架進(jìn)行力學(xué)分析。以此了解車(chē)架的力學(xué)特性，校核車(chē)架強(qiáng)度是否滿足要求。

2車(chē)架構(gòu)成及分析方法的確定

2.1車(chē)架構(gòu)成。某牽引車(chē)車(chē)架，車(chē)架主體結(jié)構(gòu)形式為邊梁式。由兩根縱梁及若干橫梁組成。縱梁斷面為箱型結(jié)構(gòu)；第一橫梁采用管狀結(jié)構(gòu)，橫梁兩端與縱梁通過(guò)螺栓連接；中間兩根橫梁分別是壓型槽鋼，結(jié)構(gòu)兩端與縱梁螺栓連接；平衡軸處的橫梁是壓型槽鋼結(jié)構(gòu)，與縱梁連接處用加強(qiáng)板加強(qiáng)。平衡軸連接座與縱梁下翼面通過(guò)螺栓連接；尾梁是整體式箱型結(jié)構(gòu)，并與縱梁鉚接；變速箱下方的盆梁與縱梁下翼板螺栓連接。2.2分析方法的確定。目前，cae技術(shù)已經(jīng)成為支持工程行業(yè)和制造企業(yè)的主要技術(shù)，在提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、降低研發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期等方面，發(fā)揮重要作用。本文主要通過(guò)應(yīng)用有限元分析軟件進(jìn)行分析研究。

3有限元分析

3.1建立車(chē)架有限元模型。利用CATIA軟件對(duì)車(chē)架及主要附件進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)。在建立車(chē)架模型時(shí)，為反映實(shí)車(chē)結(jié)構(gòu)，對(duì)車(chē)架縱梁、橫梁及主要承載零件進(jìn)行模型搭建，對(duì)車(chē)架及附件承受的質(zhì)量，簡(jiǎn)化為質(zhì)心，通過(guò)質(zhì)心位置進(jìn)行模擬。簡(jiǎn)化后的有限元模型如圖1所示。對(duì)車(chē)架-輪胎-路面邊界，用剛性單元模擬輪胎，確定對(duì)輪胎的約束，鋼板彈簧用兩根剛度不同的彈簧單元模擬，用截面不同的梁?jiǎn)卧B接，使之相互作用形成一個(gè)整體。[1]3.2施加載荷和約束。汽車(chē)在復(fù)雜的行駛過(guò)程中，會(huì)受到各種載荷，例如側(cè)向載荷及縱向載荷。車(chē)架在載荷的作用下會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形等因此，在車(chē)架上分別施加側(cè)向載荷和縱向載荷。約束主要考慮地面通過(guò)前后懸給車(chē)架傳來(lái)的力和不同工況下所帶來(lái)的特定限制。在本文中，主要通過(guò)約束前后懸與車(chē)架的連接處，對(duì)車(chē)架進(jìn)行約束。3.3工況選取。進(jìn)行靜載荷分析的四個(gè)工況如下：工況1：汽車(chē)滿載靜止，垂向加速度3.5g；工況2：汽車(chē)滿載轉(zhuǎn)彎（向右），因牽引車(chē)在轉(zhuǎn)彎時(shí)，側(cè)向加速度在大于0.6g時(shí)，會(huì)發(fā)生側(cè)翻，因此，這里取側(cè)向加速度0.6g；工況3：汽車(chē)扭轉(zhuǎn)工況，即滿載，左前輪抬高0.150m，右后輪抬高0.150m。工況4：汽車(chē)滿載靜止，在制動(dòng)時(shí)，汽車(chē)受到的最大制動(dòng)減速度為0.8g，因此，這里取制動(dòng)減速度0.8g，垂向加速度1g。3.4各工況計(jì)算結(jié)果及分析。該車(chē)架使用610L材料，綜合考慮該牽引車(chē)的行駛工況，安全系數(shù)取值n=1。3.4.1工況1汽車(chē)在受到垂向沖擊時(shí)，在壓力作用下，車(chē)架會(huì)發(fā)生一定的彎曲，該工況下車(chē)架的靜態(tài)安全因子值如圖2所示。從圖中可以看出，縱梁的最小靜態(tài)安全因子為1.007，大于材料的安全系數(shù)，因此車(chē)架在垂向沖擊狀態(tài)下是安全可靠的。3.4.2工況2車(chē)架滿載轉(zhuǎn)彎時(shí)，考慮側(cè)向加速度對(duì)車(chē)架受力的影響。該工況車(chē)架上的靜態(tài)安全因子值如圖3所示。從圖中可以看出，縱梁的最小靜態(tài)安全因子為2.135，大于材料的安全系數(shù)，因此車(chē)架在轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下是安全可靠的。3.4.3工況3車(chē)架滿載扭轉(zhuǎn)工況，汽車(chē)的左前輪和右后輪各抬高0.15m。此工況下，車(chē)架承受較大的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，該工況車(chē)架的靜態(tài)安全因子值如圖4所示，從圖中可以看出，縱梁的最小靜態(tài)安全因子為0.444，小于材料的安全系數(shù)，因此車(chē)架在扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下是不可靠的。3.4.4工況4車(chē)架滿載轉(zhuǎn)彎時(shí)，受制動(dòng)減速度對(duì)車(chē)架的影響。該工況車(chē)架的靜態(tài)安全因子值如圖4所示，從圖中可以看出，縱梁的最小靜態(tài)安全因子為1.091，大于材料的安全系數(shù)，因此車(chē)架在扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下是安全可靠的。

4結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上4種工況的車(chē)架的應(yīng)力分析，得到了相應(yīng)工況下的車(chē)架靜態(tài)安全因子。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在垂向沖擊、轉(zhuǎn)彎和制動(dòng)工況下，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求和使用要求；扭轉(zhuǎn)工況下不滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求和使用要求。建議增加橫梁剛度，減小縱梁在扭轉(zhuǎn)工況下的變形。采用同樣的方法還可以對(duì)汽車(chē)車(chē)架在其他工況下進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析。

參考文獻(xiàn)

[1]張鐵山,胡建立.CAD/CAE技術(shù)在汽車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2001(3):216-217.

[2]谷安濤,常國(guó)振.汽車(chē)車(chē)架設(shè)計(jì)計(jì)算的有限元法.汽車(chē)技術(shù),1997(6).

[3]孫啟會(huì),閔鵬.有限元法在汽車(chē)車(chē)架分析中的應(yīng)用[J].重型汽車(chē),2001(5):20-21.

作者:楊強(qiáng) 王文磊 張琦 王宏斌 王珊珊 單位:陜汽集團(tuán)商用車(chē)有限公司