摘 要

本文借助强大的有限元分析前处理软件Hypermesh导入车架模型、抽取中面、几何清理并进行网格的划分与网格质量的检查，然后将处理好的有限元模型导入求解器ABAQUS，附加载荷及约束，计算出100t液压支架搬运车车架刚度与强度。对于应力过大处进行适当的优化设计，并再次验证是否符合刚度和强度要求，得到最终的车架模型。

论文主要研究了100t液压支架板搬运车车架的有限元分析方法，Hypermesh和ABAQUS在有限元分析中的具体应用，分析在承受载荷状况下所受的刚度和强度，并对应力集中处进行了改进。

研究结果表明：在提升机构所在平面为受力最集中处，此时施加100t的力并未超过材料极限，但我们仍然可以安装加强板以增加车架的刚度和强度。

本文的特色：本文的特色主要在于根据各个软件的优点来选用软件进行有限元分析，通过catia强大的建模功能来进行建模，通过Hypermesh强大的前处理功能进行网格划分，通过ABAQUS强大的计算能力添加约束和力计算刚度和强度，共同对车架进行有限元分析，得出刚度强度并进行优化设计。

关键词：车架；CAD/CAE；Hypermesh；ABAQUS；有限元分析；静力分析

Abstract

The paper uses the powerful finite element analysis preprocessing software Hypermesh to import the frame model,extract the midsurface,clean up the geometry ,divide the grid and check the quality of mesh.Then we transport the completed finite model into the solver ABAQUS.With additional load and constraints,the stiffness and strength of the frame were calculated. Lastly,we should optimize those exessive pressure structures.Then we can verify whether the stiffness and strength requirements are fitted,and get the final frame model.

This paper mainly studies the finite element analysis method of frame,the specific application of Hypermesh and ABAQUS in finite element analysis.And we also analyze the stiffness and strength of the load conditions.Lastly,we improved the structure which are under pressure.

Research results show that:In the plane of lifting mechanism,we exert forces of 100t.The material does not exceed the material limit.But the strengthening beam still can be installed to increase the stiffness and strength of the frame.

The characteristics of this paper:The characteristics of this paper are mainly based on the advantages of each software to choose software for finite element analysis,modeling through the powerful modeling fuction of CATIA,meshing generation through the powerful pretreatment software like Hypermesh,and by the powerful calculation ability of ABAQUS,the stiffness and strength of the constrained force are calculated.The finite element analysis are completed by these softwares.Then we carry through the optimization design.

Key Words：；Frame；CAD/CAE；Hypermesh；ABAQUS；Finite ElementAnalysis；Static Analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和研究意义 1

1.2 研究目标 2

1.3 研究过程与方法 2

1.4 论文结构安排 2

第2章 Hypermesh前处理 3

2.1 模型导入与多余部件的处理 3

2.2 抽取中面与几何清理 4

2.3 网格划分与网格质量检测 5

第3章 车架的静态分析 7

3.1 静力分析基本理论 7

3.2 汽车车架刚度理论 7

3.2.1汽车车架弯曲刚度 7

3.2.2汽车车架扭转刚度 9

3.3 车架载荷分类 9

3.3.1静载荷 9

3.3.2动载荷 10

3.4车架剪力弯矩的计算 10

3.5车架工况分析 11

3.5.1满载弯曲工况 12

3.5.2满载扭转工况 16

3.5.3紧急制动工况 18

3.5本章小结 20

第4章 车架优化 21

4.1 优化概述 21

4.2 优化模型 21

4.3 优化结果 22

第5章 总结与展望 23

5.1 本文总结 23

5.2 前景展望 23

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景和研究意义

车架在汽车中主要起着承载作用，它承载着车厢、发动机、货物等的重量，又承受各种力和力矩的作用^［1］。因此车架要满足许多要求：（1）车架的结构形式要满足汽车总布置要求，在行驶过程中各总成和部件不应发生干涉。（2）车架必须满足刚度强度要求，因为在复杂路面行驶时，车架在载荷作用下会产生变形。如果变形过大车架上的部件就会发生位移，所以车架必须具有足够的刚度和强度。（3）采用构造简单的车架，方便更换维修等后续维护工作。而我们主要任务就在于对于要求（2）的分析计算上。

对于矿用车来说，我国虽然在上世纪60年代与国外一同起步，但受制于科研水平与技术水平，研发与生产投入不足，所以目前与国外差距较大^[2]。在对于车架的分析方面，最早国内外是采用设计和实验一同进行的方法进行研究，但是这种方法需要反复的改进，导致整个设计分析的时间变得特别长，不光对人力也对物力和财力资源产生了极大的浪费。随后我们开始以材料力学为指导，直至80年代有限元方法出现并随后成为主流，我们才可以对车架进行参数化、有限元的分析。对于有限元分析软件的选取，我们选择Hypermesh和ABAQUS两个软件作为分析工具，选择Hypermesh的原因在于其是目前市面上最为强大的前处理及网格划分软件，有利于我们进行前处理工作。在刚度强度分析上我们选择ABAQUS软件，不仅是其在固体非线性方面分析能力比ANSYS更加强大，也因为其界面更加友好，更易学习。100t液压支架搬运车的工作环境处于井下，工作面环境复杂，对车架刚度和强度性能要求较高，所以最适宜用有限元方法进行分析与优化设计。