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ANSYS在东风EQ140汽车车架刚度分析中的应用

2019-05-09林丽华 柴俊霖

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本文以东风EQ140汽车为例,对其车架进行静力分析,通过建模(模型简化)、加载(满载情况)、解算及后处理等一系列步骤获得车架的扭转变形及应力,为车架的优化设计提供重要依据。

    汽车车架是发动机、底盘、车身及其他总称,是专用设施安装基础和关键承载部件,其性能的优劣直接影响到汽车的安全性、承载性、行驶平稳性等。车架的刚度校核,是研究车架性能的基础。车架刚度不足会引起汽车的振动和噪声,若刚度过大,则车架和悬架系统承载过大,汽车轮胎的接地性变差。因此,支撑整个系统的车架是重要的受力元件,它不仅要具有很高的刚度,而且要保证重量最轻,用料最省。文献中指出车架横梁的厚度从7mm增加到10mm,车架的应力将降低,承载能力可以提高3%,但没有考虑纵梁的扭转问题;文献中认为车架槽型纵梁弯曲刚度大于扭转刚度,弯曲变形可以被忽略,但并没有应用有限元方法给出扭转的变形云图。因此,有必要应用有限元分析软件——ANSYS对车架进行刚度分析,揭示车架横梁的扭转变形问题,为进一步完善和优化结构设计奠定基础。本文以东风EQ140汽车为例,对其车架进行静力分析,通过建模(模型简化)、加载(满载情况)、解算及后处理等一系列步骤获得车架的扭转变形及应力,为车架的优化设计提供重要依据。

1 分析过程

    1.1 建立模型

    1.1.1 选取单元分析类型

    汽车车架采用16Mn槽钢截面型材铆接而成。这里采用ANSYS系统提供的Beam梁单元进行建模(建模时可忽略结构上的加强筋和一些辅助构件),这是一种将建模和单元网格划分为一体的建模方式。建立模型时,首先将整个车架分成若干个梁单元,诸单元在端点刚性连接,每一单元为一个截面几何参数不变的梁。根据ANSYS理论分析手册中的柔性准则方程:GAL2EL>30,选用分析单元类型为Beam189,该单元类型适用于分析细长或中等厚度的梁结构。Beam189是三节点(Node)梁,每个节点有六个自由度(包括三个线位移自由度X,Y,Z和三个X,Y,Z方向的旋转自由度)。

    1.1.2 参数输入

    在建立模型时,需输入各个构件的材料特性及实常数,车架采用的是16Mn。根据车架纵梁截面形状,截面如图1所示。构件的实常数主要为截面积A,槽钢边翼宽为75mm,侧面高为232mm,槽钢厚为6mm。截面惯性矩IYY、IYZ和IZZ等参数在输入截面尺寸后,系统自动计算求得。

    1.1.3 建立车架模型

车架纵梁截面尺寸

图1 车架纵梁截面尺寸

    假设条件:

    横梁两端按翘曲固定端处理。纵梁在节点处如以翼缘与横梁相连,则视为翘曲固定;如以腹板与横梁相连,则视为翘曲自由。在ANSYS图形界面建立车架模型的骨线,如图2所示。通过骨线生成车架模型。在规定单元体的数量时根据求解精度的需要,给定为100单元(个数不宜过多,否则影响求解速度)。

车架骨线

图2 车架骨线

责任编辑:程玥
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