（定稿）基于ProE及ANSYS的轻型载货汽车车架结构设计（CAD图纸+毕业论文）

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基于及的轻型载货汽车车架结构设计摘要造船建筑等各种工程技术领域，并从固体力学领域拓展到流体电磁场振动等各学科。从年代开始，随着大容量计算机的出现和美国宇航局结构分析程序的开发成功，美国几家大的汽车公司开始了场汽车结构设计的革命。进入年代以来，随着计算机软硬件技术的飞速发展及计算方法的创新，有限元模型建立的技术和方法日趋丰富和完善，模型的规模也从最初的几十几百个简单单元发展到如今的几万甚至几十万个混合单元，分析对象已由静态应力到动态响应噪声碰撞和优化设计。应用大型有限元软件，建立汽车的有限元模型，进行汽车的动静态分析，完成汽车的优化设计，已是各大汽车公司普遍采用的种手段。在汽车技术中，有限元分析方法和软件技术占据了个极其重要的位置。对汽车的零部件和整体结构进行动力学仿真和分析，是研究其可靠性寻求最佳设计方案的主要手段。从数学角度来看，有限元法是将个偏微分方程化成个代数方程组，利用计算机求解。我们知道，电算和手算不同，它不适合用于零鼓碎打的算法，而要求系统化的计算程序，由于电子计算机的运算速度极快，它特别适合多次重复迭代的算法。为了应用电算的这个特点来求解线性方程组，有限元法广泛采用矩阵算法，它在大量运算中显示出巨大优点。因此可以说，有限元法的发展借助于两个重要的工具在理论推导中采用了矩阵方法，在实际计算中使用了电子计算机。有限单元法分析问题的思路是从结构矩阵分析推广而来的。起源于年代的杆系结构矩阵分析，是把每杆件作为个单元，整个结构就看作是由有限单元杆件连接而成的集合体。分析每单元的力学特性后，再组集起来就能建立整体结构的力学方程式，然后利用计算机求解。在工程技术领域研究弹性连续体在载荷和其他因素作用下产生的应力应变和位移时，由于应力应变和位移都是位置的函数，也就是说物体中各个点的应力应变和位移般是不相同的。因此，可以把弹性连续体看作由无限多个微元体所组成。这是个具有无限多自由度的问题。为了能够进行数值分析，有限单元法在处理这类问题时，首先应用离散的思想，把问题简化为具有有限个自由度的问题，然后借用结构矩阵分析的方法处理。有限元离散化是假想把弹性连续体分割成数目有限的单元，并认为相邻单元之间仅在节点处相连。根据物体的几何形状特征载荷特征边界约束特征等，单元有各种类型。节点般都在单元边界上。节点的位移分别是作为结构的基本未知量。这样组成的有限单元集合体，并引进等效节点力及节点约束条件，由于节点数目有限，就成为具有有限自由度的有限元计算模型，它替代了原来具有无限多自由度的连续体。在此基础上，对每单元根据分块近似的思想，假设个简单的函数来近似模拟其位移分量的分布规律，即选择位移模式，再通过虚功原理或变分原理或基他方法求得每个单元的平衡方程，就是建立单元节点力与节点位移之间的关系。最后，把所有单元的这种特性关系，按照保持节点位移连续和节点力平衡的方式集合起来，就可以得到整个物体的平衡方程组。引入边界约束条件后解此方程就求得节点位移，并计算出各单元应力。从以上论述可以看到，有限单元法的实质是把具有无限多个自由度的弹性连续体，理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使问题简化为适合于数值解法的结构型问题。因此，只要研究并确定有限大小的单元力学特性，就可根据结构分析的方法求解，使问题得到简化。应用有限单元法求解各种问题总是遵循定的步骤。有限单元法分析过程可大概归纳为以下几点弹性连续体的离散化这是有限单元法的基础。所谓离散化，就是假想把被分析的弹性连续体分割成由有限个单元组成的集合体。这些单元仅仅在节点处连接，单元之间荷也仅由节点传递。连续体的离散化又称为网格划分。离散而成的有限单元集合体将替代原来的弹性连续体，所有的计算分析都搭在这个计算模型上进行。因此，网格划分将关系到有限元分析的速度和精度，以至计算的成败。有限元离散过程中有重要环节是单元类型的选择。这应根据被分析结构的几何形状特点，综合载荷约束等全面考虑。选择单元位移模式这是单元特性分折助第步。假设个简单的函数来模拟单元内位移的分布规律，这个简单的函数，通常是选择多项式，称为位移模式或位移函数。多项式的项数及阶数将取决于单元的自由度数和有关解的收敛性要求。单元位移模式又要转换成用节点位移来表示，所以它也决定了相应的位移插值函数。从这里也可看到，选择合适助位移函数是有限元分析的关键，它将决定有限元解答的性质与近似程度，所以它的选样应遵循定的准则。分析单元的力学性质在选择了单元类型和相应的位移模式后，即可按几何方程物理方程导出单元应变与应力的表达式。然后应用虚功原理或变分法或其他方法建立各单元助刚度短阵，即单元节点力与节点位移之间的关系。单元分析的另内容是将作用在单元上的非节点载荷移置到节点上，形成等效节点载荷矩阵。因为有限单元法假设载荷是作用在节点上，并由节点传递的。整体分析，组集结构总刚度方程整体分折的基础是依据所有相邻单元在公共节点上的位移相同和每个节点上的节点力与节点载荷保持平衡这两个原则。它包括两方面内容是由各单元助刚度短阵集合成整体结构的总刚度矩阵二是将作用于各单元的等效节点力集合成结构总的载阵矩阵.这两项就组成了整体结构的总刚度方程.约束处理并求解总刚度方程引进边界约束条件，修正总刚度方程后，就可求得节点位移。求解大型联立代数方程组的方法有很多，求解的时间占据了整个有限元计算时间的大部分。计算单元应力根据求得的位移可以求出结构上所有感兴趣部件上的应力。并能够绘出结构变形图及各种应力分量应力组合的等值图。结构静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移应力应变和力。固定不变的载荷和响应是种假定，即假定载荷和结构的响应随时问的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括外部施加的作用力和压力稳态的惯性力如重力和离心力位移载荷等。通过结构强度和刚度的有限元静力分析，可以找到车架在各种工况下各零部件变形和应力的最大值以及分布情况。以此为依据，通过改变结构的形状尺寸或者改变材料的特性来调整质量和刚度分布，使车架各部位的变形和受力

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