汽车工业.doc

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摘要
汽车经历了130年的发展，现作为最普遍的交通工具，在货运和客运方面都发挥着不可或缺的作用。随着汽车的普及，汽车在各个方面的安全问题也日益受到关注，汽车的安全性关系到人们的生命和财产安全，因此人们对汽车的安全性这类重要指标的要求也越来越高。
在汽车众多复杂的结构中，车架作为整车的基体，汽车大部分的总成都是通过车架来固定其位置的。车架的主要作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。
针对车架的设计较为复杂的问题，本文以某一电动客车中最重要的承载基体底盘车架为研究对象，基于有限元理论基础，通过CATIAV5R21建立车架三维实体模型，随后将车架的三维实体模型导入至ANSYSworkbench15.0内并选择合适的网格划分方法对车架进行有限元网格划分，在确定载荷的简化和施加方法后，根据该车的设计使用情况对底盘有限元模型采用了四种计算工况匀速直线行驶的水平弯曲工况、一轮悬空的极限扭转工况、紧急制动工况和紧急转弯工况。通过对这四种工况强度和刚度的分析，得到底盘的应力分布和刚度状况，分析评价该车架的优劣性能，并且与试验结果进行了比较，验证了该车架有限元模型的可行性。同时，为掌握该车的动态性能，使用了模态分析技术对车身车架结构进行了分析，计算得到车身车架的固有频率，并对低阶固有模态振型进行了分析，了解了车架在受到路面位移激励状况下的瞬态响应，以及评价了在瞬态响应状况下的疲劳寿命。
计算结果表明，文中建立的有限元模型是合理的，分析是正确的，所得结果可用于指导客车设计的改进和性能评价。
关键词：客车，底盘车架，有限元，静态分析

绪论
1.1引言
自21世纪以来，我国客车经历了四十多年的发展，经过了“以货车改造客车”和“以货车底盘改装客车”的初级阶段后，现在已经成为汽车产业中的一个独立的工业及产品体系。伴随着汽车工业的不断发展，汽车设计技术正在不断地更新，从最初的经验设计发展到以科学实验和技术分析为基础的设计阶段。伴随着计算机技术的不断进步，慢慢形成了新的计算机辅助设计与工程分析技术(CAD/CAE)，它们与有限元法相结合应用在汽车设计方面，已成为今后汽车工业发展的必然趋势。有限元法起源于上世纪四十年代初期，因当时的条件有限，没有引起重视。随着计算机技术的发展，有限元这门特别依赖数值技术的学科也得到了快速发展，目前已经广泛应用于包括汽车工业在内的各个工程领域。美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析软件——ANSYS，由于其功能强大而被广泛采用，在以往用于车架、车体以至整车结构分析的实例屡见不鲜。
客车底盘车架将各总成零部件结合为一体，是汽车各个系统的承载基体，承受着车内外的各种载荷。底盘车架静态和动态性能的好坏不但影响到乘员的舒适性、整车的振动特性，还直接影响到汽车的行驶安全性(车架的损坏往往会引起重大事故)。车架所承受的载荷可以分为静载荷和动载荷两类。静载荷是车辆在静止时所承受的载荷，主要是静弯曲应力，它是由安装在底盘车架上的发动机、离合器、变速器等总成以及其他零部件的重量、乘客及其行李重量、底盘车架自重等引起的。动载荷指的是客车在行驶的过程中底盘车架承受的载荷，主要包括：动弯曲应力（通常该应力是静弯曲压力的三至四倍）和扭转力（当车辆在崎岖路面上行驶时，如果左右车轮不在同一平面内，车架就会受扭转力）。
本文的研究对象是某电动客车底盘车架，根据给定的客车相关参数，利用CATIA软件建立底盘车架的三维实体模型，然后应用有限元分析软件ANSYS对底盘车架进行静态分析。利用计算机在计算速度方面的优势，可以快速的模拟底盘车架在不同工况下的响应。最后，通过分析工作的总结，客观地了解底盘车架结构，得出相应的结论，在客车车身结构中有着重要的指导意义，具有一定的参考价值。
1.2论文选题背景
汽车工业伴随着国民经济发展和交通运输体系的全面建立得到了飞速发展。在客车制造行业中，车身、车架、转向系统、悬架、覆盖件、车轮等各零件总成和乘客室结构，有限元法广泛应用于静态分析，客车的设计水平通过有限元法被极大地提高，同时有限元法也成为了设计和分析的强大的工具之一。如今，客车底盘车架设计，主要用传统方法来简化计算和有限元分析。但是存在的两个突出问题主要是框架的设计模式：第一，为了简化计算精度而无法保证强度和刚度要求，引起框架的设计不是很安全，安全要求的前提下会导致过多的框架结构设计，增加设计成本；第二，传统方法容易导致底盘车架设计和计算的不同步，很难达到提高员工的技术目标的质量和设计。为了提高设计水平架构，来确保在市场竞争中，客车设计分析必须是有限元技术在战略上的高度。
二十世纪七十年代，NASTRAN结构分析程序被引进到美国宇航局汽车行业，标志着基于对客车设计的革命验证了分析的开始。但现在因为有限