1.1研究目的及意义

当今社会，由于技术的革新和经济的发展，产品的市场竞争日日益激烈。人们对产品的要求从过去的能用转变为如今的耐用、好用。生产企业只有在提高产品质量、缩减研发周期，减少制造成本，才能提高产品在市场的占有率级竞争力。汽车作为人们现代生活中不可取少的一种重要交通工具，它正在越来越多的影响和改善人们的生产和生活。在当今经济迅速发展的情况下，作为国家经济发展的支柱和产业的汽车工业不仅自身取得了极大的发展，还带动了相关企业的快速发展和技术进步【1-3】。

汽车工业在推动人类文明向前跃进的同时，也带来了很多弊端，其主要表现形式有能源问题和环境问题。石油作为汽车的主要燃料之一，作为不可再生能源，石油的减少给快速发展的汽车工业提出了难题；而在消耗石油的同时，汽车尾气每年排放的CO2，HC,NOX等有害气体，使大气污染问题日益突出，汽车已成为主要的污染源【4】。在人们对环境保护的日益重视以及对日益短缺的能源状况的担忧下汽车制造厂家开始采用环保节能的技术，在实现汽车节能环保的过程中有很多途径，汽车轻量化就是其中重要的技术之一。汽车减重不仅减少汽车的能源消耗及污染，还有利于改进汽车制动、加速等性能，并利于降低噪声与振动，以提高乘坐的舒适性。

副车架作为轿车的重要组成部分，来自发动机的振动载荷以及路面激励所激发的复杂载荷都是副车架承受的，其结构形式、模态、刚强度及抗疲劳特性对整车强度、舒适性、操控稳定性、NVH 性能和碰撞安全性能有非常大的影响，是评判车辆底盘设计优劣的主要凭据，装有副车架的车驾驶起来会感觉底盘非常扎实，非常紧凑，可以使人在驾驶时感受非常舒适，并且副车架和许多总成件如车身，发动机链接，所以副车架的强度和刚度的设计是轿车整体设计的重要一环【5】。运用有限元的方法对轿车副车架进行静力学分析来获得副车架的强度和刚度，通过结构优化方法对副车架进行轻量化设计修改，修改后的副车架符合强度，刚度设计的要求，减少其质量。这样做的目的减少了副车架生产的原材料，从而降低了轿车生产的总成本，降低了轿车汽油的油耗，从而减少了对环境的污染【6-7】，也更加有利的降低了振动与噪声，使人驾驶时更加舒适。

1.2国内外研究

随着生活质量的不断改善，人们更加注重轿车的各项性能。副车架作为提高舒适性和操纵性的重要底盘结构就此背景下诞生了。虽然汽车后副车架结构在汽车领域中出现的时间并不长，但已被迅速推广，得到各大整车厂商采用及汽车用户的青睐。相比汽车中的其它高级配置，后副车架也是最早出现在 D级豪华车的标准配备中，经过近三十年的发展，后副车架己广泛应用在A级甚至是A0级等入门级乘用车上。与此同时也伴随着大量汽车业研究人员对后副车架结构的深入研究和探讨。

在国外，近些年来对副车架的研究比较多。2006年，Jozef Knapczyk【8】等人建立了一种带副车架结构的五连杆悬架的刚柔耦合多体动力学模型，将副车架与车身连接处以及控制臂与副车架连接处的橡胶衬套性能考虑进来，对悬架以及副车架进行瞬时运动学分析。2008年，K.J. Kim【9】等人对汽车后副车架管件液压成型过程的材料性能变化进行解析研究，通过对高强度钢管件液压成形全过程的再现了副车架液压成形的过程及控制。2009年，Sang-Young Park【10】等人对整车性能和副车架结构动态特性之间的关系进行了研究，通过改善副车架的结构刚度及橡胶衬套的刚度特性，达到降低车内噪声的效果。2013年，Usman Ali【11】等人通过有限元法对雪佛兰Malibu车型的后副车架进行了研究分析，运用LS-DYNA软件建立后副车架的有限元模型，以汽车正常行驶工况以及碰撞工况下后副车架的不同载荷情况作为仿真求解的边界条件，将仿真结果与原始库存汽车的性能和安全性相比较，结果表明1018号软钢是汽车正常行驶工况以及碰撞工况下后副车架最适合的材料。2014年，Sin-Liang Lin【12】等人将管材液压成型技术代替副车架传统的冲压成型工艺，以此来减小悬架结构的重量，首先从管材横截面的受力分析，以满足副车架的强度和可制造性要求，然后对管材液压成型的副车架进行冲击性能的分析，结果表明液压弯曲成型的副车架比冲压成型的副车架更能吸收路面带来的冲击。

在国内，南京工业大学的王强【13】运用多体动力学理论、有限元技术和结构优化方法对某型号荣威汽车后副车架进行了多工况下的仿真分析及结构优化研究，在满足使用要求的条件下取得了减轻零件重量的效果；合肥工业大学的陈猛【14】针对某轿车进行前副车架的设计，运用设计方法学的功能分析法和层次分析法，根据轿车各工况的载荷情况设计副车架的结构和形状，利用UG软件建立副车架的几何模型，根据悬架的硬点坐标，利用ADAMS/CAR软件建立悬架的动力学模型，在不同的工况下，通过静态载荷仿真计算出副车架各连接点的静载荷，接着采用Hyperworks软件对副车架进行强度分析，然后利用Optistruct软件的优化功能，对副车架进行尺寸优化，在强度满足使用要求的情况下，减小副车架的壁厚，达到减轻副车架重量的目的；马广兴【15】等人针对广汽传祺轿车底盘后副车架压铸零件设计并采用 FLOW-3D 数值模拟软件优化出了其压铸工艺方案，据此只做了高真空压铸模具，有效提高了模具温度控制的精度和降低了铸件缺陷发生的几率；德国蒂森克虏伯公司采用多相钢 CP-W800 材料，综合考虑经济性及工艺性，利用结构优化技术设计出 SLC 钢质副车架，其刚度、抗疲劳性和减重程度同一款铝合金副车架差不多，而经济性却提高了40个百分点；浙江理工大学的孙传阳【16】以上海大众朗逸车型的副车架为研究对象，对副车架的结构动力学特性以及疲劳寿命的预测进行了研究，首先建立副车架的三维模型，然后在HYPERMESH中划分网格，进行模态分析，得到副车架前十阶模态频率及振型，接着将副车架考虑进来利用ADAMS/Car创建整车的刚柔耦合动力学模型，在随机路面激励的作用下进行动力学仿真分析，得到副车架与其它零件连接点处的载荷随时间变化的关系，根据材料的S-N曲线，得到副车架总体寿命分布云图；华南理工大学的陈琛【17】以在研的某插电式混合动力汽车前副车架结构为对象，对其在多个典型工况下进行多体动力学仿真，得到副车架在不同工况下的静态载荷数据，然后在软件中建立副车架的有限元模型，对其进行强度以及模态分析，验证了副车架的结构满足性能要求；上海理工大学的郑松林【18】等人根据某轿车后副车架的实际结构，运用有限元软件对后副车架进行了强度和模态分析，找出危险区域，为下一步优化提供了参考；北京汽车研究总院的张立玲【19】等人将多工况强度分析方法与拓扑优化技术相结合，制定了基于刚度目标及应力约束的轿车副车架结构优化分析流程，并对几种车型的副车架分别进行了结构强度评价分析、轻量化优化分析；段巧玉【20】等人利用 Hyper Mesh 软件对某引进车型副车架进行有限元分析，解决了在CAE 软件中修改和重建几何模型的关键技术问题。

2.1研究（设计）的目标

3．进度安排

根据学院要求以及自身安排，现将进度安排整理如下：

（1）第1-3周，调研收集分析有关资料，了解原理与要求，对文献进行初步学习，翻译有关外文资料，总体方案构思，并完成开题报告；

（2）第4-5周，对某微车后副车架进行结构设计及三维建模，完成某微车后副车架的理论计算及校核；

（3）第6-10周，利用ANSYS对某微车后副车架有限元分析，模态分析及轻量化设计；

（4）第11-12周，检查和改善设计，毕业设计说明书写作；

（5）第13周，毕业设计论文修正，评阅，与毕业答辩。

4.阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）

[1] 闻邦椿. 机械设计手册.机械工业出版社，2010

[2] 刘惟信. 汽车车桥设计[M]. 北京：清华大学出版社，2004.

[3] 张海燕. 某轿车前副车架结构的有限元分析[D]. 长春：吉林大学，2011.

[4] 张泽. 我国的汽油消耗量占汽车生产量八成以上. 中国石油报，2007.09

[5] 陈家瑞. 汽车构造[M]. 北京：机械工业出版社，2008.04

[6] 曲昌荣. 汽车车架的轻量化设计[D]. 西华大学，2006

[7] 段月磊. 轿车车身刚度有限元分析及优化[D]. 合肥工业大学，2010

[8] Jozef Knapczyk，Michal Maniowski. Elastokinematic modeling and study of five-rod suspension with subframe [J]. Mechanism and Machine Theory. 41(2006)：1031-1047

[9] K.J. Kim，S.T. Won，Y.H. Lee. Development of an automotive rear subframe by the tube hydroforming process [J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part D，Journal of Automobile Engineering. 2008. 222(d11)：1977-1984

[10] Sang-Young Park，Dong-Chul Park，Ki-Soo Yoon. A study of front subframe system optimization for improving vehicle NVH performance [J]. SAE. 2009

[11] Usman Ali，Roydon Andrew Fraser. Numerical Modeling of Rear Subframe Under Different Loading Conditions [J]. SAE International. 2013-01-0571

[12] Sin-Liang Lin，Bo-Hao Huang，Fuh-Kuo Chen. Strength and formability designs of tube-hydroformed automotive front sub-frame [J]. Procedia Engineering. 2014(81)：2198-2204

[13] 王强. 多工况下汽车副车架动力学分析与轻量化研究[D]. 南京：南京工业大学，2011

[14] 陈猛. 轿车副车架设计与优化[D]. 合肥工业大学. 2010

[15] 马广兴，万里等. 轿车底盘铝合金后副车架的压铸工艺及模具设计[J]. 特种铸造及有色合金，2012

[16] 孙传阳. 轿车副车架的结构特性分析与疲劳寿命预测[D]. 浙江理工大学， 2012

[17] 陈琛. 轿车副车架轻量化设计与研究[D]. 华南理工大学. 2013

[18] 郑松林，王寅毅，冯金芝等. 轿车后副车架结构强度与模态分析[J]. 上海汽车，2009.11

[19] 张立玲主编. 轿车副车架轻量化技术研究及应用[J]. 塑性工程学报， 2010.05

[20] 段巧玉，姚寿广，许江涛. HyperMesh的副车架有限元分析[J]. 科学技术与工程，2008.08

[21] 朱剑峰 王水莹等主编，后副车架拓扑优化概念设计和智能轻量化方法研究，汽车工程，2015.12

[22] 中国汽车工程学会 组译. 汽车工程手册5底盘设计篇 [M]. 北京：北京理工大学出版社，2010.12

[23] 槐创峰 贾雪艳主编. UG NX10.0中文版完全自学手册. 北京：人民邮电出版社，2016.10

[24] 龙海编著. UG NX10.0中文版新手从入门到精通. 北京：机械工业出版社，2015.10

[25] 凌桂龙主编. ANSYS14.0从入门到精通. 清华大学出版社，2013

[26] 北京兆迪科技有限公司 编著. ANSYS Workbench 14.0 结构分析快速入门、进阶与精通. 北京：电子工业出版社，2014.04