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1、基于ANSYS Workbench車架的有限元分析和輕量化研究 摘要：本文基于ANSYSWorkbench仿真平臺，以云南紅塔金麒麟、玉麒麟系列卡車車架為研究對象，實現(xiàn)對車架的靜力學分析和輕量化研究，為車架的設計和優(yōu)化提供參考。關鍵詞：有限元建模；靜力學分析；輕量化設計隨著社會對節(jié)能減排的要求越來越高，汽車的輕量化已成為汽車領域的重要開展方向之一，而車架是汽車的重要部件之一，約占據(jù)著汽車重量的1/10，因此車架便成為汽車輕量化的首要目標。1車架的有限元建模有限元建模是有限元分析過程中的第一個重要步驟，本文采用ansysWorkbench15.0版本，對云南紅塔金麒麟、玉麒麟系列卡車車架進行有限
2、元分析。車架采用的材料為Q345，該車架全長6924mm，軸距3500mm，前端寬835mm，后端寬745mm，由左右2根縱梁和8根橫梁組成，是一個典型的邊梁式結構?；谙嚓P建模原那么和網(wǎng)格劃分方法，依次實現(xiàn)了：1車架幾何模型的建立-考慮到車架結構的復雜性，為了提高建模效率，本文選用建模功能強大的SolidWorks軟件建立幾何模型；2單元類型的選擇-車架縱、橫梁建立為面模型，吊耳結構建立為實體模型，懸架系統(tǒng)采用彈簧單元來模擬，Workbench自動識別后，分別采用SHELL181，SOLID186和COMBIN14三種單元進行模擬；3連接關系的模擬-在Workbench中，縱梁和橫梁以及縱梁
3、和吊耳均采用Bonded接觸關系，而懸架系統(tǒng)采用彈簧單元模擬板簧；4有限元網(wǎng)格的劃分-依據(jù)網(wǎng)格劃分標準，并結合計算精度和本錢，對車架進行了合理的網(wǎng)格劃分。通過這一系列過程，建立了車架的有限元模型，為后文的分析打下了良好的根底。2車架的靜力學分析有限元法對車架進行靜力學分析，可以得到車架在靜態(tài)載荷下的變形和應力分布情況，并可預知車架的薄弱位置，為車架的設計和優(yōu)化提供指導和參考。本文選擇具有代表性滿載彎曲工況，并采用質量點的方式施加根本載荷，動載系數(shù)取為2.5。經(jīng)過詳細的統(tǒng)計，得到根本載荷駕駛室和成員共530kg，動力總成630kg，貨物4000kg，得出靜力分析結果如表1所示。根據(jù)靜力分析結果可
4、以看出，車架的強度是足夠的，并且強度余量很大。通過有限元分析的具體應力云圖和位移圖得出，在縱梁和第四根橫梁的連接處應力值也是較大的，而在其他地方的應力值都普遍偏小，可以考慮對這些地方的板厚進行適當減少。車架的最大變形為4.58mm，相對于車架總長，這種變形量是非常小的，說明車架的剛度也是足夠的。3車架的輕量化本文所研究的車架模型，在設計初期，縱、橫梁的板厚均取為6.5mm，車架的總重量為468.62kg?；诖?，本文將采用滿載彎曲的計算工況，需要尋求最適宜的優(yōu)化方法，在滿足相關性能的前提下，使車架重量最輕。設計變量選為車架的板厚，即2根縱梁和8根橫梁的板厚，總共10個變量，板厚的變化范圍確定在
5、310mm；選擇車架的最大應力和最大變形作為狀態(tài)變量。結合滿載彎曲的靜力計算結果，考慮經(jīng)驗值1.5的平安系數(shù)，最大應力的上限設為230MPa，最大變形的上限設為5mm；選用Workbench中的響應曲面優(yōu)化法，其中實驗設計類型選擇CCD，響應曲面類型選擇Kriging。由表2可以看出，在滿足車架剛度和強度要求的前提下，車架的材料得到了合理的分布。優(yōu)化后，車架的重量為390kg，相對于優(yōu)化前的重量468.62kg減輕了16.8%，優(yōu)化效果明顯。本次優(yōu)化的整個過程，可以為車架的優(yōu)化設計提供一種思路和方法，為深入進行車架的輕量化奠定了根底。參考文獻：工程結構強度計算有限元根底M.長春：吉林科學技術出版，1990，78-103.【2】Ao.Kazuo，Niiyama.Analysisoftorsionalstiffnesssharerateoftruckframe.TechnicalPaperSeries，1991：18-21.【3】聶玉明.有限元法在半掛車車架設計中的應用J.公路交通科技，1990，71：49-53.【4】郝文化.ANSYS7.0實例分析與應用.北京：清華大學出版社，2021.方法.北京：清華大學出版社，1985.
基于ANSYS Workbench車架的有限元分析和輕量化研究
