摘 要

在如今汽车工业飞速发展，汽车日渐普及，人们对于商用车的要求也越来越高。车架作为汽车上重要的一个承载部件，它性能的好坏直接影响着汽车各方面的性能。在车架满足足够强度和刚度的同时，车架的轻量化成为现在的发展趋势。

本文将通过有限元方法对MF型车架进行分析，利用Hyperworks软件，对导入的CATIA车架三维模型进行建模，通过几何清理、载荷的简化施加、边界条件设定、网格划分、后处理进行计算。在HyperView里分析车架不同工况的应力和应变，对强度和刚度进行校核。

然后对车架进行模态分析，计算出车架的固有频率和相应的振型，分析结果表明避开了外部激励频率，避免了共振的发生，符合安全要求。

利用Optistruc模块对车架进行尺寸优化。通过设置优化变量、目标函数以及约束函数建立起优化设计的模型。计算分析得到轻量化的尺寸。质量减轻了12.3%。

关键字：有限元 车架 静态分析 尺寸优化 模态

Abstract

In today's rapid development of the automotive industry, the growing popularity of cars, people are increasingly high demand for commercial vehicles. As one of the most important parts of automobile, the performance of the frame has a direct impact on the performance of all aspects of the car. In the frame to meet the sufficient strength and stiffness of the same time, the weight of the frame is now the trend of development.

In this paper by means of the finite element method of MF type frame analysis, using HyperWorks software, the import of CATIA three-dimensional frame model is modeled, through cleaning up geometry, applied load simplified, set the boundary conditions, meshing, after processing were calculated. In HyperView, the stress and strain of the frame under different conditions are analyzed, and the strength and rigidity of the frame are checked.

Then the modal analysis of the frame, the natural frequencies and corresponding vibration modes are calculated. The results show that the external excitation frequency is avoided and the resonance occurs.

Using Optistruc module to optimize the size of the frame. By setting optimization variables, objective function and constraint function, the model of optimal design is established. Calculation of the size of the lightweight. Quality is reduced by 12.3%.

Keywords: finite element frame, static analysis, size optimization, modal analysis

目 录

摘要..............................................................Ⅲ

Abstruct...........................................................Ⅳ

第一章绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究的内容 3

1.4本章小结 4

第二章MF型商用车车架的建模 5

2.1 MF型商用车车架的介绍 5

2.2车架有限元模型的建立 6

2.2.1有限元软件(HyperWorks)简介………………………………………….6

2.2.2导入车架模型…………………………………………………………….6

2.2.3抽中面…………………………………………………………………….6

2.2.4几何清理………………………………………………………………….7

2.2.5网格划分…………………………………………………………………11

2.3本章小结 12

第三章 车架的静态分析和模态分析 13

3.1 MF型商用车车架的静态分析 .13

3.1.1载荷确定..................................................13

3.1.2车架在弯曲工况下的静力分析................................13

3.1.3弯曲工况强度和刚度分析结果................................14

3.1.4车架在扭矩工况下的静力分析................................15

3.1.5扭矩工况强度和刚度分析结果................................15

3.2 MF型商用车车架的模态分析 16

3.2.1模态分析的原因............................................16

3.2.2车架分析模型修正..........................................17

3.2.3 车架模态结果评价与分析....................................17

3.3 本章小结 .20

第四章 车架的尺寸优化设计 .21

4.1优化设计模型建立的要求 21

4.1.1设计变量的选取............................................21

4.1.2状态变量的选取............................................21

4.1.3目标函数的选取............................................21

4.2 尺寸优化模型的建立 ...22

4.3尺寸优化结果 22

4.3尺寸优化后车架弯曲刚度分析 23

4.4 本章小结 23

第五章 结论 24

参考文献 25

致谢 27

第一章绪论

1.1研究背景与意义

随着世界经济的发展，物流业和运输业也飞速的发展。半挂车高效、灵活、实惠、节能、环保等特点使之成为运输领域不可或缺的角色。在上世纪90年代，美国的公路货物的周转量的60％是由半挂车完成的^[1] 。前几年，中国的公路货运量突破了114亿，每年增进近16%，其中，2010年6月的公路货运量到达21亿吨，公路货运周转量为3639亿吨公里，半挂车承担了进一半的公路运输量^[2]。这表明在未来的半挂车会成为运输业的主力军。截止2008年年底，我国半挂车的生产能力大约为25万辆左右。在市场竞争的压力下，无论是实用性还是舒适性都对半挂车提出了越来越高的要求。

半挂车未来会走轻量化、标准化、多样化、专业化和节能环保的道路。怎样设计出符合这种要求的半挂车是个很重要的课题，而进行用有限元的方法进行分析和结构优化的研究探讨是十分必要和有意义。在半挂车的设计生产中，车架作为整车的骨架，它的好坏直接绝对着整车的性能。