（全套设计打包）基于ProE及ANSYS的轻型载货汽车车架结构设计（喜欢就下吧）

但我国的汽车工业存在自己的特殊性是引进国外设计，国产化生产二是仿制或改装设计，自己独立开发设计的新产品很少。

国内许多厂家在载货汽车的设计制造和改进过程中仍主要依靠和沿用传统的手工设计方法和设计理念，从而造成产品存在缺陷或结构设计的不合理，目前国产载货汽车普遍存在的问题是整车协调性较差局部材料强度余量较大，无法预先判断，造成材料的浪费在车辆实际使用过程中出现局部强度不足。

所以，产品国产化或改装后，在使用过程中往往会出现强度寿命振动噪声等方面的问题。

这些问题影响了我国载货汽车产品质量，造成了使用中的安全隐患。

由于缺乏必要的理论分析，我国载货汽车制造厂家对有问题的区域往往采取局部加强的方法，这不但需要进行多次全面的实车试验才能确定其有效性，而且会导致整车整备质量的不断增加。

另外，对些结构上的改进和优化，由于缺少定的理论依据，往往得不到很好的实施，因此开展载货汽车车架结构强度的计算工作，在满足结构强度和刚度的前提下，合理地进行结构设计，以达到轻量化的目的对车架结构设计具有重要意义。

此外，为了加速企业的新产品开发，进步提高产品的性能和科技含量，必须对现有的车型进行结构强度刚度分析计算和动态特性分析研究工作，为新车型的研制开发提供借鉴和校核方法。

随着经济全球化进程的加快，汽车工业的竞争日益加剧，汽车巨头们都在加紧新车型的设计开发，由于发动机底盘设计制造技术基本成熟，新车型便主要体现在电子设备和车架造型的更新上。

同时，为减少新车型的开发成本缩短新车型的开发周期提高新产品的市场竞争力，全球各大汽车公司普遍实施了“平台战略”，车架的开发便是该战略的主要组成部分。

载货汽车车架是载货车的基体，般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置。

前桥后桥支承在车轮上，具有足够的强度和刚度以承受汽车的载荷和从车轮传来的冲击。

要评价车架设计和结构的好坏，首先应该清楚了解的是车辆在行驶时车架所要承受的各种不同的力。

然而对车架进行静动态性能的研究，用经典力学方法很难得到精确的优化解，为了能够计算出车架的刚度和强度，往往对车架结构进行较多的假设和简化，计算模型只能构造的比较简单，与实际的结构形状相差很大。

在计算机和计算机技术飞速发展并广泛应用的今天，采用近似的数值解己成为较为现实又非常有效的选择。

实践和实验证明，在众多近似分析方法中，有限单元法是运用最为成功最为有效的数值计算方法。

在汽车结构设计中采用有限元法进行分析，是近几十年来发展起来的计算方法和技术。

有限元法的独特优点是能够解决结构形状和边界条件都非常任意的力学问题。

早期由于有限元法所要求解的问题计算规模都比较大，而计算机的速度和容量有限，所以造成有限元法在使用上的局限性。

现在这些问题已经解决，只要注意所建有限元模型中各种支承连接关系尽量与实际结构相符，载荷和动态分析中的激励能反映实际情况，特别是动态载荷的变化曲线的精确获得以及在计算中如何加载，行驶制动转弯工况的载荷和约束如何正确选择等问题，就可以得到满足精度要求的有限元分析结果。

汽车车架结构的静动态分析的主要目的是查明车架内部各点的应力形变和相对位移，找出其固有频率及振型，从静动两个方面检验车架结构的合理性。

随着现代汽车设计要求的日益提高，将有限元法运用于车架设计已经成为必然的趋势，主要体现在运用有限元法对初步设计的车架进行辅助分析将大大提高车架开发设计分析和制造的效能和车架的性能。

车架在各种载荷作用下，将发生弯曲偏心扭转和整体扭转等变形。

传统的车架设计方法很难综合考虑汽车的复杂受力及变形情况，有限元法能够很好的解决这问题。

利用有限元法进行结构模态分析，可以得到车架结构的动态特性。

从设计上避免车架出现共振的现象。

通过对车架结构的优化设计，可以进步降低车架的重量，在保证车架性能的前提下充分的节省材料，对降低车架的成本具有重要的意义。

综上所述，有限元法已经成为现代汽车设计的重要工具之，在汽车产品更新速度快，设计成本低轻量化和舒适性要求越来越高的今天，对于提高汽车产品的质量降低产品开发与生产制造成本，提高汽车产品在市场上的竞争能力具有重要意义。

.研究背景汽车问世百余年来，特别是从汽车产品的大批量生产及汽车工业的大发展以来，汽车为世界经济的大发展为人类进入现代生活产生了无法估量的巨大影响。

今天，在发达国家，汽车的普及已经达到很高的程度，在美国平均每个家庭拥有各种汽车辆虽然中国的汽车人均拥有量远低于发达国家水平，但是由于中国巨大的市场和国际汽车工业对中国汽车工业的影响，中国汽车工业经过年的风雨历程，已形成个比较完整的工业体系。

任何问题都有两面性，汽车工业的发展为人们带入现代生活的同时也带来了许多问题。

例如，能源问题，每年汽车的石油消耗量保持在亿桶，并每年以定的速度增加，而世界石油资源只能开采几十年，煤炭资源也只够开采百来年，人类面临着严重的能源危机，节能环保成为工业领域不可避免的课题，汽车工业同样不可避免。

二环境问题，汽车每年向大气排放大约几亿吨的有害气体，占大气污染物的以上，被认为大气污染的“头号杀手”。

汽车尾气中是大气污染的主要有害气体，特别是温室效应近年来倾向日趋明显。

汽车作为现代化社会大工业的产物，在推动人类文明向前跃进并给人类生活带来了便捷舒适的同时，对大自然生态环境的恶化也有着难以推卸的责任。

随着人们对环境保护的日益重视，以缓解石油资源紧缺所带来的能源危机，节能环保技术越来越多为广大汽车公司所采用。

汽车轻量化是汽车节能环保关键技术之，各国和相关的汽车公司投入大量资金和人力进行相关研究，研究涉及汽车材料汽车设计思想和汽车相关的材料成型技术，从而促进了相关汽车设计理念制造工艺汽车零部件成型技术迅速发展。

汽车自身质量的大小是影响燃油消耗的重要因素之，所以汽车设计轻量化成为发展趋势。

近年来，世界石油资源紧张，油价不断上涨，对汽车工业和汽车运输业来说，降低燃油消耗量成为关键。

随着中华人民共和国道路交通安全法新版汽车产业发展政策以及在全国开展车辆超载超限治理工作的实施方案的出台，这些都为加快汽车轻量化给予了政策支持和动力。

实现汽车轻量化降低燃油消耗增加载质量提高运输效率对约占我国汽车产量的载货汽车是至关重要的，也是各有关汽车制造厂商关注的焦点。

因此开展汽车结构的强度计算与分析工作，在满足结构强度和刚度的前提下，合理地进行结构设计，以达到轻量化的目标，对汽车设计具有重要的意义。

随着计算机技术的发展，体化进程的加快，有限元分析在车架结构分析中得到了广泛的应用。

分析内容已从静态向动态由部件到整车由粗略到精确由通用向专用发展，其应用已经进入实用化阶段。

无论是在产品的概念设计阶段的方案分析在工程设计阶段的校验分析，还是对既有产品实施精确分析以实现再设计，有限元分析都有其重要的作用。

它使得在设计阶段就可以对载货汽车的设计和制造过程中的各种问题进行预测仿真，从而缩短设计周期，提高产品的性能质量，节省大量资金。

本课题就是在上述背景下提出的，目的在于研究载货汽车车架结构使之受力合理，等强度及等寿命设计。

最终达到保证载货汽车在性能和功能不受影响或有所提高的情况下，实现载货汽车车架结构的优化设计，减轻载货汽车车架质量。

为相关企业提供套汽车有限元分析及强度试验方案，提高企业自主研发能力，增强企业竞争力。

.车架有限元法国内外研究现状现代汽车绝大多数都具有作为整车骨架的车架，车架是整个汽车的基体。

汽车绝大多数部件和总成都是通过车架固定其位置的，如发动机传动系统悬架转向系统驾驶室货厢和有关操纵机构。

车架的功用是支撑连接汽车的各零部件，并承受来自车内外的各种载荷。

在有限元法对汽车车架结构的分析中，早期多采用梁单元进行结构离散化。

分析的初步结果是令人满意的，但由于梁单元本身的缺陷，例如梁单元不能很好地描述结构较为复杂的车架结构，不能很好地反映车架横梁与纵梁头区域的应力分布，而且它还忽略了扭转时截面的翘曲变形，因此梁单元分析的结果是比较粗糙的。

而板壳单元克服了梁单元在车架建模和应力分析时的局限，基本上可以作为种完全的强度预测手段。

近十年来，由于计算机软件与硬件的飞速发展，板壳单元逐渐被应用到汽车车架结构分析中，使分析精度大为提高，由过去的定性分析或半定量的分析过渡到定量阶段。

随着计算机软件硬件技术的发展，特别是微机性能的大幅提高和普及，在微机上进行有限元分析已不再是很难的事，同时有限元分析的应用得以向广度和深度发展。

在国外，从年代起就开始运用有限元法进行汽车车架结构强度和刚度的计算。

而我国大约是在年代末才把有限元法应用于车架结构强度设计分析中。

国外大型汽车公司经过近百年的汽车设计制造，在车架设计方面积累了丰富的试验数据和理论分析经验，形成了实用的结构设计数据库设计改正记录和设计规范。

目前应用于车架开发上比较成熟的方面主要有刚度强度分析应用于整车大小总成与零部件分析以实现轻量化设计，分析各种振动噪声，包括摩擦噪声风噪声等机构运动分析等建立在分析和实验基础上的各种优化方法为车架设计提供了多种实用的选择方案，使车架设计从经验设计到优化设计跨出了大步。

在关于优化算法方面的研究，国外将遗传算法引入到结构形状优化算法中并获得良好的效果。

总的看来，国外轻量化研究主要有以下几个方面提出先进的设计理念，发展先进的制造工艺并通过尺寸参数优化而得到新的轻量化结构将拓扑优化和形状优化引入到结构轻量化过程中提出新的现代优化方法，并进入到结构轻量化中利用硬件优势，大量考虑动态过程中的各种约束，对尺寸参数进行优化而得到轻量化结构。

在国内，高等院校对基于结构优化的车辆轻量化研究发展也很多，但由于没有完备的结构设计数据库和设计规范，有时只能按解剖进口车结构来进行参照性设计。

具体在车架结构分析方面，车架的刚度分析对结构分析的重要性近些年已受到广泛的重视。

从分析类型上看，仍以车架结构静态分析为主。

虚拟试验场整车分析正在着手研究，此外还有焊装模拟分析喷涂模拟分析等。

其中，车架刚度强度分析，碰撞模拟分析，空气动力特性分析。

金属板件拉延成形特性分析等已步入实用化阶段，为车架的全面优化设计奠定了基础。

国内目前的轻量化研究主要集中在汽车般零部件底盘车架结构等的改形设计方面，在产品设计阶段引入有限元法对车架轻量化设计的研究很少。

与国外相比，国内关于在轻量化设计过程中引入新的现代优化算法的研究比较匮乏，轻量化设计过程中的分析规模较小，体化在产品设计开发阶段的应用还不成熟以至于汽车生产厂家很少采用。

概括起来与国外轻量化研究的主要差距有汽车结构开发工作主要还是依赖经验和解剖进口结构进行参照性设计的，多用来解决样车试验以后出现的设计问题，设计与分析未能真正做到并行。

由于软硬件对计算模型规模的限制，模型的细化程度不够，因而结构的刚度强度分析的结果还比较粗略。

计算结果多用来进行结构的方案比较，离虚拟试验的要求还有相当大的差距。

有限元分析主要应用在结构的强度和刚度分析方面，在碰撞振动噪声外流方面的模拟计算才刚刚起步，对车架结构或部件的各项性能指标进行系统分析研究的实例还未广泛进行。

同时，国内外不少公司科研机构及高等院校陆续开发了些通用性很强的大型有限元结构分析软件程序，这些程序可用来分析任意规模的结构，如整架飞机或整个汽车的结构。

这些有限元软件已发展到成熟的阶段，比较成熟并且普及较广的有美国加利福尼亚大学伯克利分校研制的美国麻省理工学院研制的美国国家航空与航天局研制的德国斯图加特大学宇航结构静力学研究所研制的世界上最大的有限元分析软件公司之的美国开发的软件等等。

这些通用程序的研制成功，大大简化了结构分析工作，只要求使用任意掌握有限元法的基本理论，熟悉建立有限元分析模型的方法和通用程序的使用方法即可。

这些大型商业通用有限元分析软件也像设计软件样在汽车研发过程中得到普及，有实力的汽车厂商甚至为自己的产品开发独立地从