【毕业论文】基于有限元分析的汽车车架优化毕业设计说明书

状态变量的选取状态变量是约束设计的数值，是设计变量的函数。

通常，在中，这种函数关系不是显式的。

对状态变量的约束就构成了约束方程。

选取状态变量时，应注意以下原则选择数目适度的状态变量，最多不超过个状态变量可以为负值，可以不指定状态变量的范围，但是指定范围有助于收敛和得到合理解定义状态变量时，避免选择奇异点如集中载荷的值为状态变量。

目标函数的确定目标函数是优化设计应该达到的要求。

只允许有个目标，如果有多个目标，则必须用加权方法转变为单目标优化问题。

选择目标函数时，应注意以下原则目标函数值只能为正，为了避免负值出现，可以在目标函数上加个足够大的下值总是使目标函数最小，如果要使目标函数最大，则用，其中是个远大于的常数。

由于本文以车架结构轻量化为设计目标，因此可以选择体积作为目标函数。

简单的车架纵梁优化设计模型的建立在汽车设计轻量化要求越来越高的今天，运用优化设计手段提高产品的竞争力已经提上日程。

汽车车架结构是汽车上的个重要部件，设计出重量轻而各方面性能达到要求的车架结构是项重要的工作。

传统的车架结构设计采用的是类比的思想进行经验设计，这种方法只能得到近似解，而且精度低。

从第三章车架结构静力分析结果知道，车架上除了个别零件的应力水平较高外，大部分构件的应力水平低，强度富余大。

因此，有必要对车架结构进行优化以降低车架的重量，减小汽车的制造成本，提高市场竞争力。

本文以车架纵梁为优化对象，对车架结构优化设计进行初步探讨。

构建参数化有限元模型定义单元类型在单元类型库中选择选项，添加四面体单元。

初始化设计变量参数本文目的是对纵梁的尺寸参数进行优化，用于设计变量的参数是车架纵梁的截面尺寸。

因此，在建立有限元模型之前将这些参数初始化。

具体方法如下选择，打开数值参数对话框。

在选择区域中输入下列内容单击按钮单击按钮单击按钮单击按钮。

参数将在菜单中显示出来。

在数值参数对话框中单击。

创建材料特性在定义材料模型属性窗口定义弹性模量和泊松比的大小。

创建单元的截面形状对于纵梁的截面形状，在输入尺寸值时需要输入参数，而不是数值。

即选择命令，在弹出的文本对话框中应该输入对应参数。

网格划分和施加载荷选择打丌网格划分工具，设置网格基本尺寸，划分网格。

根据整车的约束方案对车架结构进行约束选取命令在弹出，对话框后，选取要进行自由度约束的面，点击按钮在弹出的对话框中选择要约束的自由度选取中的压强压力的选项来施加相应的载荷。

在弹出对话框后，选取要进行载荷施加的或点，点击按钮在弹出的对话框中输入要施加载荷的大小及方向。

生成分析文件运行当前分析选择命令弹出求解当前载荷步信息中单击按钮，直到求解结束。

获取变量参数选择命令，读取当前结果文件选择命令，单击按钮弹出图所示对话框，在，选项目的左列表栏中选择选项，在右列表栏中选择选项，单击按钮，读取单元的体积选择命令，在弹出的信息说明框中单击按钮，将弹出个文本框，给出当前的体积和为选择命令，弹出的对话框，在其左列表栏选择选项，在右列表栏选择选项，单击按钮，在弹出的对话框中输入体积和的变量名为，单击按钮，获得体积变量选择命令在左列表栏中选择选项，右列表栏中选择选项，单击按钮，显示方向位移选择命令，在，选项的左列表栏选择选项有列表栏选择选项，单击按钮选择命令，弹出对话框，在其左列表栏选择选项，在右列表栏选择选项，单击按钮，设置参数名为，在选项的左列表框中选择‟，右列表栏选择选项，单击按钮，获得最大变形选择命令，在弹出的对话框中输入，单击按钮，保证变形值为正值。

创建分析文件选择命令，保存优化设计的分析文件。

定义优化变量及运行优化定义优化变量设计变量的定义选择命令，在弹出的对话框中输入找到所存的分析文件，单击按钮，完成分析文件名的指定选择命令，在弹出的对话框中单击按钮，将设置为，在本框中输入最小值，在文本框中输入最大值，单击按钮，完成设计变量的定义类似的操作，完成设计变量的定义后，单击按钮，关闭对话框，其中的变化范围分别为。

状态变量的定义选择命令，在弹出的对话框中单击按钮，将弹出对话框，将设置为，在烈文本框中输入最小值，在文本框中输入最大值，单击按钮，单击按钮，完成状态变量的定义。

目标函数的定义选择命令，在弹出的对话框中，选择变量名，设置收敛容差为，设置这么小的容差是为了对于不同的初始条件都能够致收敛，单击按钮，完成目标函数的定义。

设置并运行优化设置输出选择命令，弹出对话框，将设置为，单击按钮，以便在后处理器中能够查看到优化结果。

优化方法的定义选择命令，在弹出的对话框中选择零阶优化方法求解单击按钮，将弹出的对话框中的迭代次数设置为，单击按钮，完成优化方法的定义。

运行优化计算选择命令，将弹出优化设置信息对话框，单击按钮，执行优化运算直到完成。

优化结果分析在优化完成后，优化结果与未优化时优化变量的值的变化见表。

各优化变量的变化过程如图图所示。

最终优化后的结果为表优化时优化变量的值的变化表图状态变量的变化过程图设计变量的变化过程图设计变量的变化过程图设计变量的变化过程图目标函数的变化过程摘要车架是汽车上重要的承载部件，车辆所受到的各种载荷最终都传递给车架，因此，车架结构性能的好坏直接关系到整车设计的成败。

通过有限元法对车架结构进行性能分析，在设计时考虑车架结构的优化，对提高整车的各种性能，降低设计与制造成本，增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。

大型通用有限元软件凭借其强大的分析功能和高度可靠性，在结构静力分析和动力分析以及优化设计等方面具有无可比拟的优越性。

本文以货车车架结构为研究对象，通过对和软件的消化与吸收，采用实体单元，对车架结构的有限元建模车架结构的静动态特性分析问题进行了研究。

以实体单元为基础创建了车架结构的简单的尺寸优化模型，以车架的纵梁截面尺寸为设计变量，以车架结构的总体积最小为优化目标，对车架纵梁的截面尺寸进行优化并分析了优化结果。

阐述了应用进行结构优化设计的基本指导思想及方法，推广到解决以板壳单元为基础的车架优化问题，根据实际需要调整优化的设计变量状态变量以及目标函数。

通过对型货车车架结构的有限元仿真及优化，得到了些有益的结论，为车架的设计提供了指导作用。

关键词车架载荷轻量化有限元分析三维建模目录摘要第章绪论研究目的和意义研究背景有限元法在国内外车架结构设计中的研究现状主要研究内容及技术路线第章有限元结构的基础理论有限元法的基本理论有限元法的基本概念有限元法的基本思路软件的简介的主要特点的主要功能的结构分析文件提供的分析类型本章小结第章车架有限元模型的建立模型的建立原则