外研究现状从车架的设计方法来讲，早期车架设计采用设计和试验交叉进行。在车架结构定型之前往往经过多轮设计，设计面对的对象是实物，需要经过样品制造试验修改再设计的往复，这种方式不可避免地导致整个设计过程周期长，以及人力物力和财力资源的严重浪费。随着设计验的积累，人们将计算技术应用于汽车车架结构性能的分析及设计中。初期的车架结构性能计算是通过将车架简化成单根纵梁，进行弯曲强度校核。这种计算方法至今还在沿用，但它显然满足不了汽车车架结构性能的设计要求。后来提出的车架结构扭转强度计算方法，只能计算纯扭转工况，不能考虑车架的实际工况，并且，计算比较复杂，工作量大，在实际运用中存在着很大的困难。再后来，人们将比较设计的思想应用于车架设计中。这种设计方法是以同类型的成熟样车为参考来进行车架的设计，目前依然是车架结构初步设计的主要方法。但是，这种方法可能造成车架各处强度不均匀，些局部强度富裕较大，产生材料浪费等现象。世纪年代以来，由于电子计算机的迅速发展，有限元法在工程上获得了广泛应用。有限元法不需要对所分析的结构进行严格的简化，既可以考虑各种计算要求和条件，也可以计算各种工况，而且计算精度高。有限元法将具有无限个自由度的连续体离散为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问题。只要确定了单元的力学特性，就可以按照结构分析的方法求解，使分析过程大为简化，配以计算机就可以解决许多解析法无法解决的复杂工程问题。目前，有限元法已经成为求解数学物理力学以及工程问题的种有效的数值方法。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。年美国宇航员将有限元分析程序引入汽车结构分析中，对车架结构进行了静强度有限元分析，减轻了车架的自重，是最早进行车架轻量化的分析。当前，国外各大汽车公司利用有限元软件进行车架结构静态分析模态分析的技术已非常成熟，其工作重心已转向瞬态响应分析噪声分析碰撞分析等领域。特别是随机激励响应分析备受亲睐，主要是因为它可用来进行车辆的强度刚度振动舒适性和噪声等方面的分析。国外将有限元法引入到车架强度计算比较早，而我国大约是在七十年代末才把有限元法应用于车架的结构强度设计分析中。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的描述结构较为复杂的车架结构，不能很好的反映车架衡量与纵梁接头区域的应力分布，而且轻型,载货,汽车,车架,有限元,静力学,分析,毕业设计,全套,图纸摘要汽车车架作为汽车总成重要的部分，车辆受到来自道路和装载的各种复杂载荷最终都会传递给车架，并且汽车上许多重要总成都是以车架为载体，因而车架的强度和刚度在汽车总体设计中起了非常重要的作用。因此，车架结构性能的好坏关乎这整车设计的成败。若用传统经典力学方法计算，结果失真太大而用试验法进行测试，成本高，周期长。为此本文采用了有限元分析技术，来实现车架结构设计合理化和轻量化的目的从而大大减少设计费用，缩短设计周期，同时提高设计工作的效率。因为，在对实体模型分析上具有强大的功能，在结构静力学分析以及优化设计方面相比很多其他软件拥有十分明显的优越性。本文利用三维建模软件和有限元分析软件对轻型载货汽车车架进行了建模和分析。通过对和软件的的了解和学习，采用实体建模，导入进行网格划分，应力加载，求解得出经动态分析结果，得出结论，之后可根据需要对已设计的实体单元为基础的车架结构进行拓扑优化模型和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下为优化目标，对车架纵梁截面尺寸进行优化并分析优化结果。通过对初步设计出的轻型车架结构的实体建模及有限元分析，得到些对车架设计有所帮助的结论，为今后车架的设计工作提供定的指导作用。关键词轻型货车车架三维建模载荷有限元静力学分析模态分析车架的设计要求车架的结构型式纵梁横梁及其联接车架的制造工艺及材料.车架的结构设计车架设计参考车架参数的确定车架的弯矩及弯曲应力计算车架的挠度计算.本章小结第章车架三维模型的建立.软件介绍.三维模型的建立.本章小结第章车架有限元分析.的特点.的基本组成和功能.与接口的创建.车架有限元的静力分析三维实体模型的网格划分施加约束条件车架种工况分析.车架有限元的模态分析.本章小结结论参考文献致谢第章绪论.研究目的和意义在汽车制造市场竞争日益激烈的今天，汽车制造技术越来越先进，作为载货车主要承载结构的车架，它们的质量和结构形式直接影响车身的寿命和整车性能，如动力性经济性操纵稳定性。汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验证明，汽车质量降低半，燃料消耗也会降低将近半。当前，由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。轻量化是世纪整车发展趋势之，减轻汽车质量意味着节约了能源和材料。车辆设计中，在满足载货车运营中对车架的刚度强度及工艺改造等因素要求的同时，应当尽可能减轻它们的质量和降低制造成本。车架结构设计的主要目的在于确保车架强度刚度和动态性能的前提下，减轻车架的质量，由此不仅可以减少钢材和燃油的消耗，减少污染排放，提高车速，改善汽车起动和制动性能，而且可有效减少振动和噪声，增加汽车和公路使用寿命。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。集中在跨度为的简支梁中间，此时所求出的挠度值加的载荷比实际的载荷要大。同理，算根纵梁的挠度取所加载荷的半。可得已知货车车架最大弯曲挠度通常小于，所以有根据可知根据德国对各种汽车车架的实验结果表明，当轴距单位为，的单位为时，为使纵梁在汽车满载时挠度在容许值以内，则应使或使。大多数汽车的值在间，日本的些平头载货汽车甚至达到.。可得.本章小结首先对车架的结构型式进行介绍，有周边式车架形车架梯形车架脊梁式车架和综合式车架，并且对纵梁横梁及其连接的型式和车架的制造工艺及材料做出介绍。通过对已知车型的了解与学习，对车架的想过部件参数进行选择行设计，车架的材料选用，车架长，宽，高，选取发动机变速器钢板弹簧等车架上的部件，根据设定的基本参数计算车架的弯曲强度挠度，求得结果与车架材料的刚度强度进行对比，得出车架的结构符合设计要求。第章车架三维模型的建立.软件介绍年，公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。年，.的诞生了。经过余年的发展，已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了。的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理功能仿真制造产品数据管理等等。还提供了目前所能达到的最全面集成最紧密的产品开发环境。下面就的特点及主要模块进行简单的介绍。全相关性的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如设计特征有弧圆角倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配加工制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数不但包括几何尺寸，还包括非几何属性，然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。数据管理加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同产品进行开发。梯形车架梯形车架又称边梁式车架，是由两根相互平行的纵梁和若干根横梁组成。其弯曲刚度较大，而当承受扭矩时，各部分同时产生弯曲和扭转。其优点是便于安装车身车厢和布置其他总成，易于汽车的改装和变型，因此被广泛的采用在载货汽车越野汽车特种车辆和用货车底盘改装的大客车上。在中轻型客车上也有所采用，轿车则较少采用。用于轿车的梯形车架，见图.，为了降低地板高度，可局部减小纵梁及横梁的断面高度并相应地加大其宽度，但这使纵梁的制造工艺复杂化且其车身地板仍比采用其他车架时为高，当然地板上的传动轴通道鼓包也就不大了，见图.。如果也包括固定车身的支架，则上述三种轿车车架的自身质量差别不大。无论哪种轿车车架，在前后桥处均要求有较大的扭转刚度，为此，相关的纵横梁可采用封闭式断面，这种封闭式断面可由相配的对且以垂向面为开口的冲压成型的槽型梁相互插入并用电弧焊焊接而成。对于不承受扭矩的车架元件用于固定动力总成的横梁以及车架两端位于基本横梁以外的纵梁，均采用冲压成型且具有开口的槽型断面。载货汽车的梯形车架如图.所示，由两根相互平行且开口朝内冲压制成的槽型纵梁及些冲压制成的开口槽型横梁组合而成。通常，纵梁的上表面沿全长不变或局部降低，而两端的下表面则可根据应力情况，适当地向上收缩。既纵梁中部相当长的范围内具有最大高度和宽度，而两端可根据应力情况相应的缩小。车架宽度多为全长等宽。车架宽度的标准化有利于产品的三化，例如可使车架横梁前后桥及驾驶室货箱等进行互换。车架等宽也简化了纵梁的冲压工艺且在纵梁上不会产生附加扭矩。有时根据设计要求需将车架前后端的宽度做得窄些或宽些，但其尺寸与限定的汽车轮廓宽.相适应。车架的长度大致接近整车长度，约为轴距的倍。脊梁式车架如图.所示脊梁式车技由根位于汽车左右对称中心的大断面管形梁和些悬伸托架构成，犹如根脊梁。管梁将动力传动系连成体，传动轴从其中间通过，故采用这种结构时驱动桥必须是断开式的并与独立悬架相匹配。与其他类型的车架比较，其扭转刚度最大。容许车轮有较大的跳动空间，使汽车有较好的平顺性和通过性。但车架的制造工艺复杂，维修不便，仅用于些平顺性通过性要求较高的汽车上。综合式车架系综合上述脊梁式和边梁式两种型式而成，如图.所示。这时，主减速器与脊梁相固定，该驱动桥应为断开式的且独立悬架相匹配。其实，图.所示的形车架也应归于这类型，但该车架可与非断开式驱动桥及非独立悬架相匹配。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，由于计算机软件和硬件的飞速发展，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，有过去的定性或半定量的分析过度到定量阶段。随着计算机软硬件技术的发展，特别是微机性能的大幅度提高及普及，在微机上进行有限元分析已不再是很苦难的事情，同时有限元分析的应用得以向广度和深度发展。目前，国内在进行汽车车架设计时，设计人员主要采用的还是传统的办法对车架进行简化的计算，或者由其它部门进行有限元分析计算。车架的这种设计模式导致的问题包括两个方面是车架简化计算精度不够，为保证强度及刚度要求而使车架的设计过于安全，造成设计出的车架结构过重，增加了设计成本二是造成车架的设计与计算分离，不利于提高车架设计人员的设计水平。为了促进车架设计水平的提高，保证整车在市场上的竞争能力，必须将车架有限元分析技术提高到战略的高度上来。综合分析这些文献可知，当前国内对于有限元法应用于车架结构分析的研究只是限于对车架和车架结构在静态扭转弯曲载荷以及几种极限工况载荷作用下的分析，得出车架结构的静态应力分布，并对其进行了局部的修改，由于软硬件对计算模型规模的限制，模型的细化程度不够