《西華大學 吉林大學 汽車學院 汽車專業(yè) 客車骨架有限元分析A》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《西華大學 吉林大學 汽車學院 汽車專業(yè) 客車骨架有限元分析A（22頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、客車骨架有限元分析客車骨架有限元分析姓名：李姓名：李 勇勇學號：學號：20030623指導教師：巢凱年指導教師：巢凱年交通與汽車工程學院車輛工程交通與汽車工程學院車輛工程1客車骨架有限元分析過程客車骨架有限元分析過程（一）概述概述 本次畢業(yè)設計采用ANSYS軟件，對成都客車廠生產(chǎn)CDK6593N客車的進行有限元分析。主要分析客車骨架的應力和變形。經(jīng)過分析，客車骨架的應力小于許用應力，變形較小。經(jīng)過改進后，客車骨架的強度得到了增強，重量減輕，達到了設計的目的。本次設計采用國際單位制：米，千克，牛，帕等，采用的坐標系為：X為汽車的長度方向,Y為寬度方向,Z為高度方向。（二）單元的選擇（二）單元的選

2、擇 1）BEAM188三維線性有限應變梁單元 2）COMBIN14彈簧阻尼單元 2（三）定義實常數(shù)定義實常數(shù) 采用的彈簧單元需要實常數(shù)彈簧剛度采用的彈簧單元需要實常數(shù)彈簧剛度K K。由由汽車理論汽車理論的知識我們知道，的知識我們知道，其中，其中，是車身部分固有頻率，是車身部分固有頻率，K K是懸架彈簧的剛度是懸架彈簧的剛度,m2 ,m2 是汽車的懸掛質(zhì)量，它由車身、車架及其上的總成所構成。是汽車的懸掛質(zhì)量，它由車身、車架及其上的總成所構成。通過估算，車身部分固有頻率通過估算，車身部分固有頻率f0=3f0=3赫茲，汽車的懸掛赫茲，汽車的懸掛質(zhì)量質(zhì)量m2=4500m2=4500千克，經(jīng)過計算，懸架

3、彈簧的剛度千克，經(jīng)過計算，懸架彈簧的剛度K=1597255.2K=1597255.2牛牛/米，懸架彈簧由米，懸架彈簧由8 8個彈簧構成，因此每個彈簧的剛度個彈簧構成，因此每個彈簧的剛度=199657=199657牛牛/米。米。3 (四四)材料的定義材料的定義 本本次次設設計計采采用用的的結結構構材材料料為為Q235鋼鋼，它它的的密密度度是是7850 ，除除剛剛性性梁梁外外的的結結構構的的彈彈性性模模量量是是 Pa，泊泊松松比比是是0.3，剛性梁的彈性模量采用，剛性梁的彈性模量采用 Pa。（五）橫截面的定義（五）橫截面的定義 根根據(jù)據(jù)圖圖紙紙，本本次次設設計計定定義義骨骨架架桿桿件件共共用用了了

4、15種種截截面面，其中其中7種模擬矩形空心型鋼，種模擬矩形空心型鋼，4種模擬角鋼，種模擬角鋼，4種模擬槽鋼。種模擬槽鋼。（六）建立有限元模型（六）建立有限元模型 根根據(jù)據(jù)客客車車骨骨架架的的圖圖紙紙，先先建建立立客客車車骨骨架架的的幾幾何何模模型型，然然后后定定義義各各根根鋼鋼管管的的方方向向點點，指指定定每每根根梁梁的的橫橫截截面面，然然后后劃劃分分網(wǎng)網(wǎng)格格。由由于于梁梁單單元元的的內(nèi)內(nèi)力力、應應力力和和變變形形的的計計算算都都是是精精確確的的，所所以以單單元元劃劃分分可可以以大大一一些些。在在本本次次設設計計中中，指指定定單單元的長度都是元的長度都是0.1米。米。4建立的客車骨架有限元模型

5、如圖所示：建立的客車骨架有限元模型如圖所示：5 (七七)分析工況的選擇分析工況的選擇 由于彎曲工況是車輛經(jīng)常處于的工況，由于彎曲工況是車輛經(jīng)常處于的工況，而扭轉工況下車身的應力較大，所以，在研而扭轉工況下車身的應力較大，所以，在研究分析內(nèi)容時，選擇了滿載彎曲工況，滿載究分析內(nèi)容時，選擇了滿載彎曲工況，滿載左前輪和左后輪懸空工況左前輪和左后輪懸空工況,后者是車輛可能后者是車輛可能發(fā)生的一種極限工況。發(fā)生的一種極限工況。(八八)施加約束施加約束 客車車身骨架一般是由型鋼焊接而成客車車身骨架一般是由型鋼焊接而成的整體結構，所以在進行有限元分析時將車的整體結構，所以在進行有限元分析時將車身作為一個整體

6、來考慮，所以車身的邊界條身作為一個整體來考慮，所以車身的邊界條件就體現(xiàn)為板簧支座的位移。件就體現(xiàn)為板簧支座的位移。6 如圖所示是客車骨架的邊界條件約束位置，整車滿載彎曲工況的約束方案是：節(jié)點5自由度全部約束，節(jié)點2，8，11的自由度均約束UY，UZ，ROTX，ROTZ,并對每個彈簧的上下節(jié)點進行UX，UY方向耦合。整車滿載左前輪懸空的工況約束的自由度是：5，8，11節(jié)點約束和彎曲工況約束的自由度相同，2節(jié)點不約束。整車滿載左后輪懸空的工況約束的自由度是：8，11節(jié)點約束和彎曲工況約束的自由度相同，2節(jié)點全部自由度被約束，5節(jié)點的自由度不約束。車架前端剛性梁彈簧單元XYZ7（九）施加載荷（九）施

7、加載荷 v作用在車身上的彎曲載荷是由車身的自重、車輛總成和乘客的重量提供的,車身結構件的重量通過加垂直方向的、大小為9.8 的加速度來模擬；v估計發(fā)動機和變速箱的質(zhì)量為600千克，加滿油后的油箱的質(zhì)量為150千克，二者作為集中載荷，施加在相應的節(jié)點上；v其它載荷如轉向機、離合器、電瓶、水箱、座椅、乘客（19人）等質(zhì)量總和估計為2000千克，均布作用在底架上。8客車骨架施加約束和載荷后，如下圖所示：客車骨架施加約束和載荷后，如下圖所示：9 (十十)求解的結果分析求解的結果分析 后處理主要是將客車骨架有限元分析的結果以等值圖的方式的顯示，并且進行剛度、強度等分析。下圖是彎曲工況下的豎直位移圖：10

8、 下下圖圖是是在在彎彎曲曲工工況況下下的的應應力力圖圖：由由結結果果我我們們可可以以看看出出，滿滿載載彎彎曲曲工工況況下下，客客車車骨骨架架前前圍圍、側側圍圍、后后圍圍和和頂頂蓋蓋的的大大部部分分區(qū)區(qū)域域應應力力小小于于10MPa,應應力力比比較較大大的區(qū)域是發(fā)動機加載的橫梁及周圍的縱梁上，應力最大值是的區(qū)域是發(fā)動機加載的橫梁及周圍的縱梁上，應力最大值是70MPa左右。左右。11下圖是左前輪懸空扭轉工況下的豎直位移圖：12 下圖是左前輪懸空扭轉工況下的應力圖，客車骨架的很大部分應力小于20MPa，在發(fā)動機加載的縱梁和橫梁周圍產(chǎn)生了較大的應力，約60MPa，在右圍的乘客門的豎直的梁上部分區(qū)域也產(chǎn)

9、生了較大的應力，約50MPa，前圍的支撐擋風玻璃的橫梁應力也有些大，但小于許用應力。13下圖是左后輪懸空扭轉工況下的豎直位移圖：14 下圖是左后輪懸空扭轉工況下的應力圖，客車骨架的很大部分應力小于25MPa，在發(fā)動機加載的縱梁和橫梁周圍產(chǎn)生了較大的應力，約100MPa，在右圍的乘客們的豎直的梁上部分區(qū)域也產(chǎn)生了較大的應力，約70MPa，前圍的支撐擋風玻璃的橫梁應力也有些大，但小于許用應力。15（十二）各工況分析總結（十二）各工況分析總結 經(jīng)過以上三種工況的分析，本車型在以上3種工況下運行，強度是足夠的。應力比較大的區(qū)域是：v發(fā)動機加載的橫梁和縱梁上v乘客門立柱的下半部分v前圍風窗下矩管連接處1

10、6第四章第四章 客車骨架改進設計中的結構分析客車骨架改進設計中的結構分析（一）客車骨架改進方案客車骨架改進方案 通過對上述彎曲，扭轉工況的分析，我們可以看出客車骨架在三種工況下，客車骨架的頂蓋、后圍的應力均低于25MPa，客車的底架上出現(xiàn)應力不均的現(xiàn)象。因此，改進方案是：對客車骨架的頂蓋的部分矩管截面尺寸減小，去掉原來后圍的兩根立柱的角鋼，對底架上的橫梁，在發(fā)動機加載處，多加兩根橫梁，同時去掉后半部兩根對底架應力不大的橫梁，以試圖增強客車骨架的強度，減少重量。（二）客車骨架改進前后比較（二）客車骨架改進前后比較 通過在原有的模型的基礎上修改模型，然后在改進后的模型上施加約束和載荷，施加約束和載

11、荷的方法和改進前的方法相同，然后用ANSYS軟件重新計算。由于三種工況下的位移和改進前相比，變化較小，詳見說明書，所以在此只對比三種工況下應力的變化情況：17 1）彎曲工況比較彎曲工況比較 下下圖圖是是客客車車骨骨架架改改進進后后彎彎曲曲工工況況下下的的應應力力圖圖，我我們們可可以以看看出出，改改進進后后，客客車車骨骨架架的的頂頂蓋蓋和和后后圍圍的的應應力力仍仍小小于于12MPa，原原來來應應力力比比較較的的大大的的發(fā)發(fā)動動機機加加載載點點，應應力力集集中中的的區(qū)區(qū)域域減減少少了了許許多多，此此處處最最大大應應力力約約50MPa。而而在在底底架架的的后后半部去掉兩根橫梁，應力增大到半部去掉兩根

12、橫梁，應力增大到20MPa，應力小于許用應力，滿足安全要求。，應力小于許用應力，滿足安全要求。18 2）左前輪懸空工況比較左前輪懸空工況比較 我我們們可可以以看看出出，改改進進后后，客客車車骨骨架架的的頂頂蓋蓋和和后后圍圍的的應應力力仍仍小小于于27MPa，原原來來應應力力比比較較的的大大的的發(fā)發(fā)動動機機加加載載點點，應應力力集集中中的的區(qū)區(qū)域域減減少少了了許許多多，此此處處最最大大應應力力約約90MPa。而而在在底底架架的的后后半半部部去去掉掉兩兩根根橫橫梁梁，應應力力增增大大到到60MPa，小小于于許用應力，滿足安全要求。許用應力，滿足安全要求。19 3）左后輪懸空工況比較左后輪懸空工況比

13、較 我我們們可可以以看看出出，改改進進后后，客客車車骨骨架架的的頂頂蓋蓋和和后后圍圍的的應應力力仍仍小小于于28MPa，原原來來應應力力比比較較的的大大的的發(fā)發(fā)動動機機加加載載點點，應應力力集集中中的的區(qū)區(qū)域域減減少少了了許許多多，此此處處最最大大應應力力約約80MPa。而而在在底底架架的的后后半半部部去去掉掉兩兩根根橫橫梁梁，應應力力約約為為20 MPa，應應力力小小于許用應力，滿足安全要求。于許用應力，滿足安全要求。20結 論 經(jīng)過改進后，客車骨架的重量由原來的501.2千克減小為497.7千克，骨架的重量得到了減輕。并且在比較薄弱的地方加上兩根橫梁，應力減少，達到了本次設計的目的。21致 謝 最后，我要感謝巢老師給予的耐心、細致的指導；感謝大學四年來所有的老師，為我們打下汽車專業(yè)知識的基礎；感謝交通與汽車工程學院的研究生李永生，能夠?qū)ξ覠o私的幫助；同時也要感謝在畢業(yè)設計中和我一起探討、解決問題的同學。22