CAE技術(shù)在汽車車架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、    cae技術(shù)在汽車車架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用    張丙鑫尹麗杜慧君摘 要：在汽車的整體結(jié)構(gòu)中，汽車車架扮演著重要的載體的角色，承載著多種不同的載荷，這直接影響著整個(gè)車輛未來的使用壽命以及用車的安全性。在對(duì)車輛進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要深入分析車架的整體強(qiáng)度。借助cae軟件就汽車的車架零部件進(jìn)行搭建，結(jié)合cad的模型開展有限元的建模工作，同時(shí)對(duì)具體的工況進(jìn)行了介紹分析，旨在為優(yōu)化汽車的車架設(shè)計(jì)工作提供一定的參考。關(guān)鍵詞：cae技術(shù) 汽車車架 設(shè)計(jì) 應(yīng)用application of cae technology in automobile frame design

2、zhang bingxin yin li du huijunabstract：in the overall structure of the car， the car frame plays an important role in the carrier， bearing a variety of different loads， which directly affects the future service life of the whole vehicle and the safety of the car. in the process of vehicle design， it

3、is necessary to analyze the overall strength of the frame. with the help of cae software， the parts of automobile frame are built， and the finite element modeling is carried out with the cad model. at the same time， the specific working conditions are introduced and analyzed， so as to provide certai

4、n reference for the optimization of automobile frame design.key words：cae technology， automobile frame， design， application1 引言隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車的數(shù)量逐漸提升，汽車的車架在汽車整體結(jié)構(gòu)中承擔(dān)著重要角色，因此需要關(guān)注汽車車架設(shè)計(jì)的品質(zhì)，這直接影響著汽車的使用壽命以及汽車行業(yè)未來的發(fā)展，因此相關(guān)的管理人員需要對(duì)其予以足夠的重視，保證汽車質(zhì)量，為汽車行業(yè)的健康發(fā)展提供保障。2 概述從本質(zhì)上來講，商務(wù)類型的用車指的是在技術(shù)以及設(shè)計(jì)特征上都符合人員與貨物運(yùn)用特征的汽車，主要涵

5、蓋著火車與客車兩種不同的類型?；谟猛镜牟町悾虅?wù)車有涵蓋著自卸車與牽引車兩類。在商用類型的火車系統(tǒng)中，車架始終扮演著重要的角色，對(duì)汽車起著支撐以及連接的作用，與此同時(shí)，車架也是對(duì)不同類型的車內(nèi)外載荷進(jìn)行承載的主要載體。所以，在對(duì)車架進(jìn)行設(shè)計(jì)工作時(shí)，不僅需要對(duì)汽車整體的布置要求進(jìn)行滿足，也需要表現(xiàn)出足夠數(shù)值的輕度以及剛性，為汽車體系能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)奠定基礎(chǔ)。本文主要借助相關(guān)的軟件就商用類型貨車的牽引型車架展開力學(xué)分析，同時(shí)對(duì)車架自身的力學(xué)特點(diǎn)展開了了解，對(duì)汽車車架強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)要求是否相符進(jìn)行了明確。3 車架構(gòu)成與分析方法3.1 車架構(gòu)成牽引性質(zhì)的車架的主體架構(gòu)表現(xiàn)為邊梁式，涵蓋著兩根縱向的梁以及若干

6、個(gè)不同的橫向的梁，縱向梁的斷面通常呈現(xiàn)出箱型的結(jié)構(gòu)，第一橫梁表現(xiàn)為管狀的結(jié)構(gòu)，橫梁的兩側(cè)和縱梁之間借助螺栓進(jìn)行連接操作，中間的兩根橫梁分別是壓型的槽鋼，結(jié)構(gòu)的兩側(cè)和縱梁之間借助螺栓進(jìn)行連接，處于平衡軸位置的衡量主要是采用壓型的槽鋼結(jié)構(gòu)，與縱梁的連接處借助加強(qiáng)版對(duì)其進(jìn)行較強(qiáng)。平衡軸下面的連接座和縱梁的下翼這一平面借助螺栓進(jìn)行連接，尾梁表現(xiàn)為整體的箱式結(jié)構(gòu)，同時(shí)和縱梁借助鉚釘進(jìn)行連接，在變速箱下方位置處的盆梁以及縱梁的下翼板借助螺栓進(jìn)行連接，以上是商務(wù)類型用車的牽引車架的大致構(gòu)成。3.2 分析方法近些年來，國內(nèi)的信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度空間，隨著制造行業(yè)的快速發(fā)展，cae 技術(shù)逐漸發(fā)展成為制造與工程行

7、業(yè)的后備技術(shù)之一，其能夠有效地對(duì)設(shè)計(jì)品質(zhì)進(jìn)行提升，同時(shí)控制研發(fā)與研究的成本，對(duì)開發(fā)產(chǎn)品的整體周期進(jìn)行縮短，這為汽車行業(yè)未來的持續(xù)健康發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也是提升駕駛?cè)藛T幸福感的有效途徑。本文主要是借助有限元這一軟件展開研究與分析的工作。4 有限元分析汽車是運(yùn)輸機(jī)械，在行駛工程中會(huì)受到來自各個(gè)方面的負(fù)荷作用。所以車架必須有足夠的強(qiáng)度和剛度承受這些載荷。為了對(duì)汽車的車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)穩(wěn)定性與可靠性展開分析，本文首先展開了模型創(chuàng)建工作，同時(shí)對(duì)分析的方法予以明確，結(jié)合具體的汽車所處狀態(tài)展開了深入的分析，從而明確汽車車架設(shè)計(jì)工作的品質(zhì)，這對(duì)汽車使用品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。4.1 創(chuàng)建有限元模型為了對(duì)汽車的車架

8、進(jìn)行有限元分析工作，首先就是需要對(duì)有限元的模型進(jìn)行創(chuàng)建，首要步驟便是借助cae軟件設(shè)計(jì)車架與其主要附件的三維結(jié)構(gòu)，在對(duì)車架模型進(jìn)行創(chuàng)建的過程中，需要對(duì)實(shí)車的結(jié)構(gòu)特征予以表現(xiàn)，對(duì)車架的縱梁、衡量與承載性質(zhì)的零件展開模型創(chuàng)建的工作。在進(jìn)行模型創(chuàng)建工作的過程中，將車架與其附件所承載的質(zhì)量成為質(zhì)心，借助質(zhì)心的位置展開模擬的工作，同時(shí)在原有的有限元模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡化操作，為后續(xù)的分析工作奠定基礎(chǔ)。除此之外，對(duì)于車架、輪胎與路面邊界等位置，往往是借助剛性的單元來對(duì)輪胎進(jìn)行模型，對(duì)輪胎所受到的束縛性進(jìn)行明確，鋼板的彈簧則是借助兩根剛性存在差異的彈簧單元開展模擬的工作，借助界面存在差異的梁單元開展連接的工作

9、，促使不同的板塊逐漸形成一個(gè)完整的體系和系統(tǒng)。4.2 對(duì)載荷與約束進(jìn)行施加汽車在日常行駛過程中，特別是遇到比較復(fù)雜的路況時(shí)，所承載的載荷往往是各種各樣的，別如側(cè)向位置的載荷與縱向位置的載荷等等。在不同性質(zhì)的載荷作用之下，車架會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)變形、彎曲變形等不同形式的變形，所以，也就會(huì)在車架上形成側(cè)向與縱向的載荷，這是進(jìn)行設(shè)計(jì)工作需要考量的因素。約束主要是指的是地面對(duì)車架所傳導(dǎo)的不同性質(zhì)的力以及不同狀況下所產(chǎn)生的特定狀況的限制。在本文當(dāng)中，主要是借助約束前后懸與車架的連接位置對(duì)車架本身形成一定的約束力。車架載荷分布方式如圖1所示。4.3 工況選擇在對(duì)靜載荷展開分析的過程中，主要是針對(duì)以下四種不同的工況

10、，第一種工況是汽車處于滿載靜止的狀態(tài)中，第二種工況是汽車處于滿載的狀態(tài)中同時(shí)向右進(jìn)行轉(zhuǎn)彎，合理明確側(cè)向的加速度，第三種工況是汽車處于扭轉(zhuǎn)狀態(tài)中，也就是滿載狀態(tài)，第四種工況是汽車處于滿載且靜止的狀態(tài)中，在其進(jìn)行制動(dòng)的過程中，汽車會(huì)受到制動(dòng)減速度以及垂直方向加速度的限制。4.4 分析結(jié)果結(jié)合相關(guān)的軟件，本文對(duì)以上四種不同工況狀態(tài)下，汽車車架的靜態(tài)安全因子數(shù)值進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)與材料自身的安全系數(shù)數(shù)值展開了比對(duì)，從而有效確定汽車車架在某種具體車況下是否處于安全可靠的狀態(tài)，具體如下：當(dāng)汽車處于第一種工況狀態(tài)時(shí)，汽車會(huì)受到來自垂直方向的沖擊，在不同類型的壓力作用之下，車架往往會(huì)發(fā)生不同程度的彎曲，因此靜態(tài)

11、的安全因子數(shù)值也會(huì)出現(xiàn)一定的變化。分析可知，縱向梁的靜態(tài)安全因子最小值是1.007，比材料本身對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)數(shù)值要打，所以，在這種狀況下，車架受到垂直方向的沖擊時(shí)，其是安全并且可靠的，能夠?yàn)槠嚨姆€(wěn)定運(yùn)行提供保障。當(dāng)汽車處于第二種工況狀態(tài)時(shí)，也就是車架處于滿載的狀態(tài)同時(shí)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的操作，此時(shí)需要對(duì)側(cè)向的加速度對(duì)車架結(jié)構(gòu)自身受力所產(chǎn)生的影響作用進(jìn)行考量，也需要考慮車架靜態(tài)安全因子數(shù)值的變化，由分析可知，縱向梁的靜態(tài)安全因子的最小數(shù)值是2.135，比材料本身的安全系數(shù)數(shù)值要大，因此當(dāng)汽車處于轉(zhuǎn)彎狀態(tài)中時(shí)，整體的結(jié)構(gòu)是安全并且可靠的。當(dāng)汽車處于第三種工況狀態(tài)時(shí)，汽車的左方前輪以及右后方的輪子都分別

12、被抬升了0.15米。在這樣的工況狀態(tài)下，車架需要承載的扭轉(zhuǎn)性以及彎曲性的應(yīng)力數(shù)值相對(duì)較大，那么此工況下車架自身的靜態(tài)安全因子數(shù)值會(huì)減少，由分析可知，縱向梁的靜態(tài)安全因子的最小值是0.444，比材料本身的安全系數(shù)數(shù)值要小，因此車架在處于扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)中時(shí)，表現(xiàn)得不可靠。當(dāng)汽車處于第四種工況狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)制動(dòng)性的減速度對(duì)車架可能造成的影響進(jìn)行考量，同時(shí)分析與之對(duì)應(yīng)的靜態(tài)安全因子的數(shù)值，由分析可以看出，縱向梁的靜態(tài)安全因子的最小數(shù)值是1.091，比材料本身的安全系數(shù)要大，所以當(dāng)汽車處于此種狀態(tài)時(shí)，也是安全并且可靠的。5 結(jié)束語近些年來，國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展速度空前，人們的生活品質(zhì)不斷提升，這也促使汽車行

13、業(yè)的發(fā)展，道路上行駛的汽車數(shù)量不斷增加，在這樣的背景下，汽車的使用壽命與安全性就變得至關(guān)重要。在汽車系統(tǒng)中，車架屬于主要的載體結(jié)構(gòu)，因此相關(guān)的設(shè)計(jì)人員需要關(guān)注車架設(shè)計(jì)工作的合理性與有效性，借助相關(guān)的軟件對(duì)不同的工況展開深入分析，從而明確汽車車架在不同工況下是否處于安全狀態(tài)。cae技術(shù)在汽車車架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用使得汽車的安全系數(shù)更加可靠和穩(wěn)定。隨著cae技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，不久的將來汽車cae技術(shù)將在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能等不同方面實(shí)現(xiàn)突破。彰顯了cae 技術(shù)在汽車研發(fā)過程中的作用日益重要。參考文獻(xiàn)：1楊強(qiáng)，王文磊，張琦，王宏斌，王珊珊.關(guān)于cae技術(shù)在汽車車架設(shè)計(jì)中的應(yīng)用j.汽車實(shí)用技術(shù)，2019（19）：116-118.2李麗.貨車車架cae工程應(yīng)用研究d.華中