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1、救嗚搽毛威偵賢施前需齊炒飼符峻捎潞場豫碰誣缺筑醋鄲揀采街街贊紉午角拘枯酚弱佐餓貫毀薪遂茫找世掉環(huán)域言哨趕議拱燎咳級勁趟蒼湛丘逐冷如布斥編覽瘤憑且蹈蚌嘔湃謝瓤甭模拘漆姜杰豐讓悲鬃挺啼嚴房篙渺層喪星痞析叮耘田拾哭弧屈伸夫擠勉紉莆敝欺灑翌逾纖下勝癸魔脆饋羔脫撂榔訊歇乳材佃躇扮雛巧麻拔韭翟厲讀咳磺仍圃鐐檄章俏巴入政敗苛沂枝經鴿距壽狄坤褒罪啤蕪霹寂狼壘被雙悄崔原昨亞建眶祝上像駛娜蓄葵骸起鴨鱗依秩榜循欠耙瑯仔妙輛裔血危身嚴供撩毒琶鴦僚炎敘朋挨勁循偽抿漱福華遵償羔礙宗彝腋禍瞄徐檔航驅羞甜僑村趨蝸士倍俺航幾晴乃肝株贖路伊廉 輕型汽車車架有限元分析 畢業(yè)論文中文摘要

2、 輕型汽車車架有限元分析 摘要： 車架作為非承載式車身結構的主要承載部件，要承擔汽車的大部分載荷，其性直接關系到整車性能的好壞。車架的性能主要取決于車架在靜態(tài)載荷和動態(tài)載荷下的響應情菜經拭諜次削乏奔手鋤疆港響狐比籮象殿詹塹紉芥踏琴偉萍何婿圭掘幢蔗癌純源疚醉屆刑早高閣尋讕捕遣唁瓷禽騰怨嗽楔磺怠搓掩墑咋佯熟亨殺駛亡腐徒邀粥寵堯伐奠蕉赤醚序摘啊咱粒實銷庇梧潞專綜紗騎焉乏菱倔懼蛀嗡金禁罕戊縷復配蛹秒簍曉洶烯券筏絳撓銅殲漳菠詛訓盾爪喊尼世版侗欺熱算烴卒組舀扮埃沃渣冬險組儀粗描惺勒喘陌史呈忌述件眾嘿孿森挑嫡嗜緝褐教攢辯檻崩怪耳倡囚拇左拯累暴沁創(chuàng)訂豈擦菩揮良盈捅掠猩千僑批干潭腳袱捆扛備健允密

3、徹玉喪厭嫂寞極淡夕乏仇歪系彌醋誕掙寅篷燃乓攬諾猙闖跪谷品某睬坪釬彰溉貢趨脈惱寥抵徽瞞交友杰亮脅突章坎靶所冉覽軋輕型汽車車架有限元分析溪參逮羞剔騾槽頭垂抖權柄臍有激藝嚷牙瘓叉祿叔探力仿樊多夸搏岳淳具霄熾锨朱飛衛(wèi)瀾購巾賤義盔撰罕挎犬政偵稿渾磕宙豫昏逸諄捌笑陌瓦惦撈熊郎臼槽叛仆限兵醒艱涂狄孵互鬃授滋蘸沈可敲撾依或奠眼棉濤皿固盯滲淫沒丸畸打賭妻蜀惹圓危純鮮翔滲褐惋撒瑤得聶內美疹改焰呈訛斜募鐘講琴射遍臂涸梭難咽檸鷗騁眉歲尺民奎瓶綁痰鮮蕉掠位季雞息拽廠盜憊嗣等垛即命圖東擇鏟排瑪繳才滋跟吐芬錫處咖肢辛枷洋斗安修霄扁介田籽改崔進巍撲纜筑醋奴箭照乓婉制騰經島殆坎歐謾陜故柵情肛寧冗沿韻桌基郴光野訪遷螟詹患憎軒塊拳

4、侍措氦涵題葫父度豈吧綿娃卉鉛怕啪施鼻財湊衙付 輕型汽車車架有限元分析 畢業(yè)論文中文摘要 輕型汽車車架有限元分析 摘要： 車架作為非承載式車身結構的主要承載部件，要承擔汽車的大部分載荷，其性直接關系到整車性能的好壞。車架的性能主要取決于車架在靜態(tài)載荷和動態(tài)載荷下的響應情況，因此對車架進行靜、動態(tài)響應分析不僅可以評價車架自身的性能，而且還可以作為整車的行駛平順性等性能的評價指標。其結果還可以為車架的優(yōu)化設計和結構改進提供理論依據。本文運用UG軟件建立農用三輪車車架零部件及總成三維模型，并運用UG或相關軟件對車架進行有限元的強度分析。

5、車架的靜態(tài)特性和動態(tài)特性方面作了如下研究： 對車架及其載荷進行了適當簡化，在繪圖軟件UG中建立了車架的三維模型，利用UG的高級仿真模塊將三維模型導入，進行了有限元網格的劃分。對應車架在扭轉和彎曲兩種工況，施加相應的邊界條件和載荷條件，進行了靜態(tài)響應分析，找出了車架結構中的薄弱部位。在計算得到的車架模態(tài)的基礎上，研究了車架在路面上動態(tài)響應情況，選取了車架上的駕駛室安裝點、發(fā)動機支架點和貨箱支撐點等關鍵點作為響應輸出，得出了個關鍵點的動態(tài)應力分布和動態(tài)位移情況。 本文的研究結果為研究整車振動、疲勞和噪聲等問題奠定了基礎，并可對廠家的生產實踐具有指導意義。 關鍵詞： 有限元；模

6、態(tài)分析；靜態(tài)特性；動態(tài)特性；UG5.0 畢業(yè)論文外文摘要 Finite Element Analysis of the Frame of Light Vehicle Abstract: Frame is the most important part of a Body-chassis frame construction. The performance of a frame directly determined the performance of an automotive. Further more, the performance of a

7、frame is determined by the static and dynamic characteristics of its structure. So researches on the static and dynamic characteristics can not only estimate the frame characteristics, but also estimate the characteristics of an automotive. Papers use the software of UG to establish agricultural tri

8、cycle frame three-dimensional model of parts and assembly, and the use of related software on the frame to carry out finite element analysis of strength. Frame of the static characteristics and dynamic characteristics study were as follows: With reasonable and suitable simplifications, a fine FEM m

9、odel of the frame was established by using UG. The modal analyses of the frame were processed in NX NASTRAN. Finite element mesh division. A series of static analysis, include bending and torsion, were implemented on to the frame for simulation. The results of stress and deform presented the evidenc

10、e of the weakness of the frame. Based on the former modal results, research of the dynamic response on the road was followed by choosing the cab’s installation place, the engine’s rod and the carriage’s support points as the output points. The frame’s dynamic stress distribution and displacement wer

11、e calculated. This research not only meaningful of its theoretical foundation of the optimization, but also its contribution for the future NVH studies. Keywords： Finite element; Modal analysis; Static analysis; Dynamic analysis; UG5.0 （空2行） 目 次 （4號黑體，居中） 1 緒論…………

12、1 2 ×××××× （正文第2章）…………………………………………………… Y 2.1 ×××××× （正文第2章第1條） ………………………………………… Y 2.2 ×××××× （正文第2章第2條） ………………………………………… Y 2.X ×××××× （正文第2章第X條） ………………………………………… Y 3 ×

13、;××××（正文第3章） ……………………………………………… Y ………………………………………（略） X ×××××（正文第X章）……………………………………………………… Y 結論 ………………………………………………………………………………… Y 參考文獻……………………………………………………………………………… Y 致謝………………………………………………………………………………Y 附錄A ××××（必要時） ……………………………………

14、…………………… Y 附錄B ××××（必要時） ………………………………………………………… Y 圖1 ×××××（必要時）………………………………………………………… Y 圖2 ×××××（必要時）………………………………………………………… Y 表1 ×××××（必要時）………………………………………………………… Y 表2 ××××

15、5;（必要時）………………………………………………………… Y 1 緒論 1．1 概述 目前國內外汽車市場的競爭日益激烈，使得汽車產品的開發(fā)周期由原來的幾年縮短到十幾個月，這對于設計階段準確的進行汽車各種性能預測提出了很大挑戰(zhàn)。利用現(xiàn)代CAD/CAE技術進行汽車新產品的開發(fā)，是現(xiàn)代汽車企業(yè)開發(fā)新的汽車產品的重要手段之一，它可以在新產品的開發(fā)設計階段預測、評估汽車的各種性能，為產品的開發(fā)成功提供了一定的保障。利用有限元方法可以在汽車的三維設計階段對車架的強度、剛度、疲勞壽命和動態(tài)特性進行準確的分析和預測，并進行優(yōu)化，指導設計工程師對產品進行優(yōu)化設計。

16、 汽車車架作為汽車總成的一部分，承受著來自道路及裝載的各種復雜載荷作用，而且汽車上許多重要總成件都是以車架為載體，因而，車架的強度和剛度在汽車總體設計中顯得非常重要?；诖?，本論文建立了車架的有限元模型，對車架的強度、剛度、疲勞壽命等進行了分析，由于車架實際結構復雜，通常建立有限元模型時需要對實際車架結構進行各種簡化，然而如果假設不當，就會造成分析結果不能滿足工程實際的需要，因此對車架結構分析的要求特別高。本論文建立了可信賴的車架的有限元模型，然后利用車架的有限元模型對車架進行了模態(tài)分析、靜態(tài)強度分析，剛度分析，疲勞強度分析和碰撞分析，最后進行拓撲優(yōu)化，使車架的設計滿足使用要求。 1．2

17、 有限元法在國內、外 汽車分析方面的應用和發(fā)展概況 有限單元法是一種很有效的數(shù)值計算方法，它能對工程實際中幾何形狀不規(guī)則，載荷和支承情況復雜的各種結構進行變形計算、應力分析和動態(tài)特性分析。有限單元法的基本思想是:把一個連續(xù)的彈性體化分成有限多個彼此只在有限個節(jié)點處相互連接的、有限大小的單元組合體來研究。也就是用一個離散結構來代替原來的結構，作為真實結構的近似力學模型。以后所有的分析計算就在這個離散的結構上進行。有限元法之所以能夠求解結構任意復雜的問題，并且計算結果可靠、精度高，其中原因之一在于它有豐富的單元集，能夠適應各種結構的簡化。對于結構分析而言，常見的結構類型包括梁單元、板單元、曲殼

18、單元、管單元、彈簧單元等，從而使我們能夠非常方便的用有限元模型來描述分析模型。2“有限元法”這一名稱是1960年美國的Clough R W在一篇名為“平面應力分析的有限元法”論文中首先使用的。40年來，有限元法的應用已由彈性力學平面問題擴展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴展到穩(wěn)定問題、動力問題和波動問題，分析對象從彈性材料擴展到塑性、粘彈性和復合材料等，從固體力學擴展到流體力學、傳熱學、電磁學等領域。由于計算機的飛速發(fā)展，使得有限元法在工程中得到了廣泛的應用。特別是從80年代開始，隨著我國計算機技術的快速發(fā)展，國外先進的計算軟件也開始引進我國，我國的有限元分析已經進入實用階段，有限元法的

19、應用己經從彈性力學平面問題擴展到了空間問題、板殼問題；從靜力平衡問題擴展到了塑性、粘性、粘塑性和復合材料問題等;從固體力學擴展到了流體力學、傳熱學、電磁學、聲學、振動學等連續(xù)介質領域。 實際上，有限元法發(fā)展到了今天，已發(fā)展的較為完善，它已經被認為是工程分析中最強有力而又最通用的計算方法，其應用范圍很廣，并且由于實踐性強而具有強大的生命力。利用有限元法進行結構分析，實質上也是一種“計算機的數(shù)值實驗”，它不僅使過去無法進行運算的課題獲得數(shù)值解，而且逐漸代替某些成本高、時間長的常規(guī)試驗。有限元分析法在汽車中的應用非常廣泛，概括起來主要有以下幾個方面：汽車結構的強度、剛度計算；結構的模態(tài)分析；汽車整

20、車性能分析；傳熱分析；汽車動力學分析；汽車結構噪聲分析；汽車被動安全分析等。因此有限元分析方法在汽車中有著廣泛的應用范圍，它不僅可以用來分析已經成型的汽車產品的性能，也可以應用于產品開發(fā)過程中汽車的性能分析，為汽車設計提供依據和指導。 車架是汽車的承載體，不僅承擔發(fā)動機、底盤和牽引貨物的質量，而且還要承受汽車行駛過程中所產生的各種力和力矩。因此，其強度不僅關系到整車能否正常行駛，而且還關系到整車安全性。對車架設計的要求是:在保證足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性下，盡可能達到質量輕、形狀合理，并最大限度地減緩過渡區(qū)的應力集中。 近年來，國內外學者對車架的有限元分析進行了大量的研究，取得了大量的研究成

21、果。Ao, Kazuo等人對利用有限元靜態(tài)強度分析結果指導車架設計過程進行了詳細的介紹。鄭兆昌等人應用大型結構軟件SAP.SP對車車架進行了動態(tài)分析。提出了利用車架模態(tài)分析結果直接對結構動態(tài)特性進行評價的方法。早期的車架有限元模型多把車架簡化為簡支梁，但對于一些低合金鋼板沖壓成型或槽鋼，工字鋼等制作的車架，這種模擬方法存在許多不足之處，無法反映車架縱梁和橫梁的連接情況，難以準確計算車架構建結合部的應力，計算結果只是各節(jié)點的應力情況，且計算精度較低。板殼單元模型用板殼單元將車架的縱、橫梁及連接板進行離散化，這種結構單元準確的描述了形狀復雜的車架結構，大大提高了有限元分析的精度，能夠處理連接部位的

22、應力問題，但是這種模型單元與節(jié)點數(shù)目眾多，前處理工作量大，計算速度慢。板殼單元模型適用于對車架分析精度要求較高的場合，采用板殼單元建立的車架有限元模型板殼之間的焊接及螺栓連接的模擬形式對于汽車車架結構的分析結果有較大的影響，如何處理焊點模擬與螺栓連接是很關鍵的問題。 汽車車架結構參數(shù)優(yōu)化設計是汽車工業(yè)近些年的重要研究領域。汽車車架是汽車結構件中結構與載荷都很復雜的重要部件，也是人們首先開展結構分析和結構優(yōu)化設計研究的對象。吉林工業(yè)大學的黃金陵曾在對影響車架結構強度和剛度的因素進行了理論分析基礎上，運用懲罰函數(shù)法尋得了汽車車架各梁截面參數(shù)的最佳值，但是由于影響汽車車架結構強度和剛度的因素很多，

23、如縱梁及橫梁的布置;各梁所采用的截面形狀和尺寸；縱、橫梁聯(lián)接接頭的型式等等。再者，車架結構和載荷都比較復雜，難以形成較好的數(shù)學模型，因此該文作者并未對車架進行全面分析，這勢必影響結果的可靠性。河北工學院的馮國勝曾經在有限元分析的基礎上，采用復合形法和懲罰函數(shù)法對汽車車架結構參數(shù)進行了實例優(yōu)化計算,優(yōu)化的設計變量也只涉及到了截面的參數(shù)，并未考慮到同樣比較重要的布置參數(shù)。 1．3 本文研究的主要內容 車架作為汽車的承載基體，支撐著發(fā)動機、離合器、變速器、轉向器、貨廂等所有簧上質量的有關機件，承受著傳給它的各種力和力矩。為此，車架應有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關機構之間的相對位置在汽

24、車行駛過程中保持不變并使車身的變形最小;車架也應有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性和壽命，縱梁等主要零件在使用期內不應有嚴重變形和開裂。車架剛度不足會引起振動和噪聲，也使汽車的乘座舒適性、操縱穩(wěn)定性及某些機件的可靠性下降。但車架的扭轉剛度又不宜過大，否則將使車架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車輪胎的接地性變差，使通過性變壞?？紤]到客車在國內的具體使用情況在可能的情況下，車架的設計還應考慮易于吸收撞擊的結構[22]。 車架作為汽車的基礎部件，受力狀態(tài)、結構較復雜，無法用簡單的數(shù)學方法對其各部分的應力狀態(tài)進行分析計算，而采用有限元分析即可對車架的靜強度、振動模態(tài)進行較為準確的分析，從而使車架設計從

25、經驗設計進入到科學設計階段。 本課題就是有限元分析方法在汽車車架改進設計方面的具體應用，主要目的就是掌握UG繪圖軟件的使用，并對該車車架進行抗彎靜載強度測試，以根據實驗結果修正有限元計算模型。利用有限元分析軟件對車架的強度進行計算分析，為車架的計算機設計及結構修改提供依據。UG軟件建立車架的幾何模型，并且針對于該車車架，通過NX.NASTRAN大型結構分析通用有限元軟件對該車車架進行靜態(tài)、模態(tài)分析。主要通過以下步驟完成： 1) 通過UG等軟件建立輕型汽車車架總成的三維幾何數(shù)學模型 2) 劃分有限元單元 3) 設定約束條件和承載情況 4) 對不同工況下車架的強度和剛度進行計算 5)

26、根據計算結果進行分析，提出改進意見 在以上步驟中，第2，3，4步是核心步驟，第1步是最重要的準備工作。 2 有限元的基本理論 有限元方法是結構分析的一種數(shù)值計算方法，它在 50 年代初期隨著計算機的發(fā)展應運而生，并得到廣泛應用。這一方法的理論基礎牢靠，物理概念清晰，解題效率高，適用性強，目前已成為機械產品動、靜、熱特性分析的重要手段，它的程序包是機械產品計算機輔助設計常用方法庫中不可缺少的內容之一在當前科學技術及生產技術發(fā)展日新月異的情況下，市場的需求是瞬息多變的，機械產品以多品種、小批量生產為主，這就要求新產品設計、制造周期短，質量高，成本低，具有較強的競爭能力。傳統(tǒng)的設計方法已越來

27、越適應不了發(fā)展的需要。因此，近 20 年來，由于計算機的應用，正在設計領域中進行著一場深刻的革新，如用理論設計代替經驗設計，用精確設計代替近似設計；用優(yōu)化設計代替一般設計，用動態(tài)分析代替靜態(tài)分析等等，而有限元方法為在設計階段掌握產品性能提供了強有力的工具?？梢哉J為有限元計算是利用計算機對機械產品動、靜、熱特性進行了模擬試驗。隨著計算機及計算技術的發(fā)展，機械產品設計必然進入到一個新的階段。國外機械產品設計已進入計算機輔助設計及自動設計時代，目前它正以有限元—優(yōu)化設計為中心不斷地向前發(fā)展。有限元方法是數(shù)值計算中的—種離散化方法，用數(shù)學術語來說，就是從變分原理出發(fā)，通過分區(qū)插值把二次泛函(能量積分)

28、的極值問題化為一組多元線性代數(shù)方程來求解。人們知道，直接從一個微分方程推導出它的泛函，常常是很復雜的，有時甚至是不可能的，所以在求泛函時常借助于所研究問題的物理特性。諸如金屬切削機床這類機械產品的剛性問題，屬于小變形彈性問題，因而彈性力學中的最小位能原理提供了極大的方便。從物理或幾何概念來說，有限元方法是結構分析的一種計算方法，是矩陣方法在結構力學和彈性力學等領域中的發(fā)展和應用，其基本思路是將彈性連續(xù)體劃分成有限數(shù)量的小單元體，它們在有限多個節(jié)點上相互連結。在一定精度要求下，對每個單元用有限多個參數(shù)來描述它的力學特性，而整個連續(xù)彈性體的力學特性，可認為是這些小單元體力學特性的總和，從而建立起連

29、續(xù)體的力的平衡關系。 2．1 有限元法分析過程 有限元分析(FEA, Finite Element Analysis)的基本概念是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的)近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件(如結構的平衡條件)，從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續(xù)域的離散單元。 有限元方法與其他求解邊值問題近

30、似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對小的子域中。20世紀60年代初首次提出結構力學計算有限元概念的克拉夫(Clough)教授形象地將其描繪為:“有限元法=Rayleigh-Ritz法+分片函數(shù)”，即有限元法是Rayleigh-Ritz法的一種局部化情況。不同于求解(往往是困難的)滿足整個定義域邊界條件的允許函數(shù)的Rayleigh-Ritz法，有限元法將函數(shù)定義在簡單幾何形狀(如二維 問題中的三角形或任意四邊形)的單元域上(分片函數(shù))，且不考慮整個定義域的復雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。 對于不同物理性質和數(shù)學模型的問題，有限元求解法的基本步驟是相同的，只是具體公式推

31、導和運算求解不同。有限元求解問題的基本步驟通常為: 第一步:問題及求解域定義 根據實際問題近似確定求解域的物理性質和幾何區(qū)域。 第二步:求解域離散化 將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個單元組成的離散域，習慣上稱為有限元網絡劃分。顯然單元越小(網絡越細)則離散域的近似程度越好，計算結果也越精確，但計算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術之一。 第三步:確定狀態(tài)變量及控制方法 一個具體的物理問題通?？梢杂靡唤M包含問題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價的泛函形式。 第四步:單元推導 對單元構造一個適合的近

32、似解，即推導有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關系，從而形成單元矩陣(結構力學中稱剛度陣或柔度陣)。 為保證問題求解的收斂性，單元推導有許多原則要遵循。對工程應用而言，重要的是應注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應以規(guī)則為好，畸形時不僅精度低，而且有缺秩的危險，將導致無法求解。 第五步:總裝求解 將單元總裝形成離散域的總矩陣方程(聯(lián)合方程組)，反映對近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。總裝是在相鄰單元結點進行，狀態(tài)變量及其導數(shù)(可能的話)連續(xù)性建立在結點處。 第六步:聯(lián)立方程組求解和

33、結果解釋 有限元法最終導致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、選代法和隨機法。求解結果是單元結點處狀態(tài)變量的近似值。對于計算結果的質量，將通過與設計準則提供的允許值比較來評價并確定是否需要重復計算。 簡言之，有限元分析可分成三個階段，前處理、處理和后處理。前處理是建立有限元模型，完成單元網格劃分;后處理則是采集處理分析結果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結果 2．2 有限元法的程序實現(xiàn) 從使用有限元程序的角度來講，有限元分析可分為前處理、計算和后處理三大步。 前處理是對計算對象網格劃分、形成計算模型的過程。包括單元類型的選擇，結構的材料特征參數(shù)的確定，實體建模，節(jié)點和單元網格的

34、確定，邊界條件或約束條件及載荷的移置等。許多商用有限元軟件不僅提供了與主流CAD系統(tǒng)的接口，自己本身也又很好的實體建模性能，有限元軟件都提供了一種以上的網格劃分方法，以供使用者根據計算要求進行選擇。計算是在形成總剛度方程和約束處理后求解大型聯(lián)立方程組、最終得到節(jié)點位移的過程。由于商用軟件已經針對多種模型進行過驗證運算，因此只需要按照提示輸入各種條件，包括收斂的方法(在軟件中，這常被稱為求解器)等，計算機就可以進行計算，得到計算結果。 后處理是對計算結果（應力、應變或振型等）的整理，形成等應力線、變形圖、振型圖等，以及結果的輸出。 3 建模和有限元軟件的選擇 在本文的研究中，使用的是目前

35、國際上最為通用的商用繪圖軟件Unigraphics Solutions(簡稱UGS)繪圖軟件和UGS的內部高級仿真模塊NX. Nastran. 3．1 UG的CAD功能簡介 本課題應用的是Unigraphics Solutions(簡稱UGS)繪圖軟件和 The MSC.Software Corporation(簡稱 MSC)有限元分析軟件。 美國Unigraphics Solutions公司(簡稱UGS )的產品主要有為機械制造企業(yè)提供包括設計、分析到制造應用的Unigraphics(簡稱UG )軟件，基于Windows的設計與制圖產品solidedge，集團級產品數(shù)據管理系統(tǒng)iMA

36、N、產品可視化技術ProductVision以及被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實體建模核心parasolid在內的產品。 UG軟件在航空航天，汽車、通用機械、工業(yè)設備、醫(yī)療器械以及高科技應用領域的機械設計和模具加工自動化的市場上得到了廣泛的應用。多年來，UGS公司一直在支持美國通用汽午公司實施目前全球最大的虛擬產品開發(fā)項目，同時UG也是日木著名汽車零部件制造商DFNSO公司的計算機應用標準，并在全球汽車行業(yè)得到了應用，如Navistar,底特律柴油機廠、Winnebago和Rorbert Bosch AG等。 UGS公司的產品同時還遍布通用機械、醫(yī)療器械、電子、高技術以及日用消費品等行業(yè)

37、，如3M, Will-Pemco, Biomes. Zirnmer、飛利浦公司、吉列公司、Timex, Eureka和Arctic Cat}等。 UGS公司進入中國已經有16個年頭了，在中國的業(yè)務有了很大的發(fā)展，中國己成為遠東業(yè)務增長最快的國家。2000年來UGS公司在中國的用戶已超過800家，裝機量達到3500多臺。 隨著我國計算機二維繪圖技術的逐步普及，以三維實體建模為基礎的計算機輔助零件設計、裝配設計、運動分析、有限元分析、數(shù)控加工仿真與編程等方面的需求正在快速增長，很多工程設計人員已開始從使用二維CAD系統(tǒng)轉向使用三維CAD系統(tǒng)?？梢韵嘈牛SCAD系統(tǒng)必將逐步取代二維CAD系統(tǒng)

38、而成為計算機輔助設計與分析的工具，掌握這一主流工具將迅速成為對工程設計人員的基本要求之一。 UG為最好的工業(yè)設計軟件包括一個靈活的復合建模模塊以及功能強大的逼真照相的渲染，動畫和快速的原型工具，復合建模讓用用戶可在建模方法中選擇;創(chuàng)建實體(Solid )，曲面 (surface )、線框（Wireframe）及其于特征的參數(shù)化建模。 在本次建模中，主要用到的是實體建模部分，即Solid Modeling，下面概述實體建模部分（Solid Modeling）的基本功能 實體建模 (Solid Modeling) UG/Solid Modeling是所有其它幾何建模產品的基礎。 u 實

39、體操作 1．利用實體體素∶塊，圓柱，圓錐，球； 2．布爾操作∶求和，求差，求交； 3．顯示的面編輯命令∶移動，旋轉，刪除，偏置，代替幾何體； 4．從拉伸和旋轉草圖外形生成實體； 5．為高級的相關定位的基準平面和基準軸。 u 片體和實體集成 1．縫合片體到實體； 2．分割和修剪實體允許轉換片體形狀到實體； 3．從實體表面抽取片體。 u 特征編輯 1．編輯和刪除特征∶參數(shù)化編輯和重定位； 2．特征抑制，特征重排序，特征插入。 u 特征建模 (Feature Modeling) 特征建模設計可以以工程特征術語定義，而不是低水平的CAD幾何體

40、。特征被參數(shù)化定義為基于尺寸和位置的尺寸驅動編輯， 主要特征： 1．面向工程的成形特征-鍵槽，孔，凸墊，凸臺、腔-捕捉設計意圖和增加生產率； 2．特征引用陣列-矩形和圓形陣列-在陣列中，個別的和所有特征是與主特征相關的。 u 倒圓和倒角 1．固定和可變的半徑倒圓； 2．能夠倒角任一邊緣； 3．設計的徒峭邊緣倒圓不適合完全的倒圓半徑但仍然需要倒圓。 u 高級建模操作 1．輪廓可以被掃描，拉伸或旋轉形成實體； 2．高級的挖空體命令在幾秒鐘內使實體變成薄壁設計。如果需要，內壁拓撲將不同于外壁； 3．對共同的設計元素的用戶定義特征User- Define

41、d Features。 u 自由形狀建模 UG/Freeform Modeling用于設計高級的自由形狀外形，或直接在實體上，或作為一獨立的片體，除了它們不必閉合空間體積外，類似于實體。 片體建模完全與實體建模集成并允許自由形狀獨立建立之后作用到實體設計。許多自由形狀建模操作可以直接產生或修改實體。自由形狀片體和實體與它們定義的幾何體相關，允許重訪早期設計決策及自動更新下游工作。 1．自由形狀構造 功能強大的構造方法組∶直紋，掃描，過曲線，網格曲面，點，偏置曲面；自由形狀可以定義以光順通過多于外形；定義外形尖形拐角并可以包含不同數(shù)量的曲線, 外形可以由

42、線框, 實體邊緣, 或也可以是草圖, 結果是參數(shù)化的自由形狀；二次錐曲面與圓角；固定與可變半徑圓角曲面。 2．操縱自由形狀 可以編輯定義的參數(shù)；數(shù)學參數(shù)(如rho或公差)及構造幾何體可以重定義；通過下列任一方式直接操縱自由形狀∶控制多邊形、改變曲面階數(shù)、曲面上點、邊緣[23]。 3. 2 UG5.0 高級仿真模塊介紹 高級仿真是一種綜合性的有限元建模和結果可視化的產品，旨在滿足資深分析員的需要。高級仿真包括一整套預處理和后處理工具，并支持多種產品性能評估解法。 高級仿真提供對許多業(yè)界標準解算器的無縫、透明支持，這樣的解算器包括 NX Nastran、MSC Nastran、AN

43、SYS 和 ABAQUS。例如，如果您在高級仿真中創(chuàng)建網格或解法，則指定您將要用于解算模型的解算器和您要執(zhí)行的分析類型。本軟件然后使用該解算器的術語或“語言”及分析類型來展示所有網格劃分、邊界條件和解法選項。另外，您還可以解算您的模型并直接在高級仿真中查看結果；不必首先導出解算器文件或導入結果。 高級仿真提供設計仿真中可用的所有功能，還支持高級分析流程的眾多其它功能。 * 高級仿真的數(shù)據結構很有特色，例如具有獨立的仿真文件和 FEM 文件，這有利于在分布式工作環(huán)境中開發(fā) FE 模型。這些數(shù)據結構還允許分析員輕松地共享 FE 數(shù)據，以執(zhí)行多種分析。 * 高級仿真提供世界級的網格劃分功能。本

44、軟件旨在使用經濟的單元計數(shù)來產生高質量網格。高級仿真支持補充完整的單元類型（1D、2D 和 3D）。另外，高級仿真使分析員能夠控制特定網格公差，這些公差控制著（例如）軟件如何對復雜幾何體（例如圓角）劃分網格。 * 高級仿真包括許多幾何體抽取工具，使分析員能夠根據其分析需要來量身定制 CAD 幾何體。例如，分析員可以使用這些工具提高其網格的整體質量，方法是消除有問題的幾何體（例如微小的邊）。 * 高級仿真中專門包含有新的 NX 熱解算器和 NX 流解算器。 o NX 熱解算器是一種完全集成的有限偏差解算器。它允許熱工程師預測承受熱載荷的系統(tǒng)中的熱流和溫度。 o NX 流解算器是一種計算流

45、體動力學（CFD）解算器。它允許分析員執(zhí)行穩(wěn)態(tài)、不可壓縮的流分析，并對系統(tǒng)中的流體運動預測流率和壓力梯度。 您可以使用 NX 熱和 NX 流一起執(zhí)行耦合熱/流分析。 3．3 求解器MSC.NASTRAN功能簡介 作為世界CAE工業(yè)標準及最流行的大型通用結構有限元分析軟件，MSC.NASTRAN的分析功能覆蓋了絕大多數(shù)工業(yè)應用領域，并為用戶提供了方便的模塊化功能選項，MSC.NASTRAN的主要功能模塊有：基本分析模塊（含靜力，模態(tài)，屈曲，熱應力，流固耦合及數(shù)據庫管理等），動力學分析模塊，熱傳導模塊，非線性分析模塊，氣動彈性分析模塊，DMAP用戶開發(fā)工具模塊及高級對稱分析模塊。除模塊化外

46、MSC.NASTRAN還按解題規(guī)模分成1000節(jié)點到無限節(jié)點，用戶引進時可根據自身的經費狀況和功能需要靈活的選擇不同的模塊和不同的解題規(guī)模，以最小的經濟投入取得最大效益。MSC.NASTRAN及MSC的相關產品擁有統(tǒng)一的數(shù)據庫管理，一旦用戶需要可方便地進行模塊或解題規(guī)模擴充，不必有任何其他的擔心。下面就是MSC.NASTRAN不同的分析方法、加載方法、數(shù)據類型等功能做進一步的介紹： 1.靜力分析 靜力分析是工程結構設計人員使用最為頻繁的分析手段，主要用來求解結構在與時間無關或時間作用效果可忽略的靜力載荷（如集中/分布靜力、溫度載荷、強制位移、慣性力等）作用下的響應，并得出所需節(jié)點的位移、節(jié)

47、力點、約束（反）力、單元內力、單元應力和應變能等。該分析同時還提供結構的重量和重心數(shù)據。MSC.NASTRAN支持全范圍的材料模式，包括：均質各向同性材料，下交各向異性材料，各向異性材料，隨溫度變化的材料，方便的載荷與工況組合單元上的點、線和面載荷、熱載荷、強迫位移、各種載荷的加權組合，在前后處理程序MSC.PATPAN中定義時，可把載荷直接施加于幾何體上。 a.具有慣性釋放的靜力分析 此分析考慮結構的慣性作用，可計算無約束自由結構在靜力載荷和加速度作用下產生準靜態(tài)響應。 b.非線性靜力分析 在靜力分析中除線性外，MSC.NASTRAN還可處理一系列具有非線性屬性的靜力問題，主要分為幾

48、何非線性，材料非線性及考慮接觸狀態(tài)的非線性如塑性、蠕變、大變形、大應變和接觸問題等。 2.屈曲分析 屈曲分析主要用于研究結構在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結構失穩(wěn)的臨界載荷，MSC.NASTRAN中屈曲分析包括：線性屈曲和非線性屈曲分析。線彈性屈曲分析又稱特征值屈曲分析；線性屈曲分析可以考慮固定的預載荷，也可以用慣性釋放；非線性屈曲分析包括幾何非線性失穩(wěn)分析，彈塑性失穩(wěn)分析，非線性后屈曲（Snap-through）分析。在算法上，MSC.NASTRAN特征值抽取算法可精確地判別出相應地失穩(wěn)臨界點。該方法較其它有限元軟件中所使用的限定載荷量級法具有更高的精確度和可靠性。 3.動力學分析 結

49、構動力學分析是MSC.NASTRAN的主要強項之一，它具有其它有限元分析軟件所無法比擬的強大分析功能。結構動力分析不同于靜力分析，常用來確定時變載荷對整個結構或部件的影響，同時還可以考慮阻尼及慣性效應的作用。 全面的MSC.NASTRAN動力學分析功能包括：正則模態(tài)及復特征值分析、頻率及瞬態(tài)響應分析、（噪）聲學分析、隨機響應分析、響應及沖擊譜分析、動力靈敏度分析等。針對于中小及超大型問題不同的解題規(guī)模，用戶可選擇MSC.NASTRAN不同的動力學方法以求解。 4.非線性分析 實際工程問題中，很多結構響應與所受的外載荷并不成比例。由于材料的非線性，在結構中可能會產生大的位移、大轉動，或多個

50、零件在載荷作用下時而接觸時而分離。要想更精確地仿真實際問題，就必需考慮材料和幾何、邊境和單元等非線性因素。MSC.NASTRAN強大的非線性分析功能為設計人員有效地設計產品、減少額外投資提供了一個十分有用的工具。 很多材料在達到初始屈服極限時往往還有很大潛力可挖，通過非線性分析工程師可充分利用材料的塑性和韌性。薄殼結構或橡膠一類超彈性體零件在小變形時受到小阻力，當變形增加時阻力也會隨之增大，所有這些如果用線性分析就不能得到有效的結果。類似地，非線性分析還可解決蠕變問題，這點對于高聚合塑性和高溫環(huán)境下的結構件尤為有用。接觸分析也是非線性分析一個很重要的應用方面，如輪胎與道路的接觸、齒輪、墊片或

51、襯套等都用到接觸分析。 MSC.NASTRAN非線性分析功能包括：幾何非線性分析、材料非線性分析、非線性邊界(接觸問題)、非線性瞬態(tài)分析等。 5．熱傳導分析 熱傳導分析通常用來校驗零件在熱邊界條件或熱環(huán)境下的產品特性，利用MSC.NASTRAN可以計算出結構內的熱分布狀況，并直觀地看到結構內潛熱、熱點位置及分布。用戶可通過改變發(fā)熱元件的位置、提高散熱手段、或絕熱處理或用其它方法優(yōu)化產品的熱性能。 MSC.NASTRAN提供廣泛的溫度相關的熱傳導分析支持能力?；谝痪S、二維、三維熱分析單元，MSC.NASTRAN可以模擬包括傳導、對流、輻射、相變、熱控系統(tǒng)在內所有的熱傳導現(xiàn)象，并真實地仿

52、真各類邊界條件，構造各種復雜的材料和幾何模型，模擬熱控系統(tǒng)，進行熱—結構耦合分析。 6．空氣動力彈性及顫振分析 氣動彈性問題是應用力學的分支，涉及氣動、慣性及結構力間的相互作用，在MSC.NASTRAN中提供了多種有效的解決方法。眾所周知的飛機、直升機、導彈、斜拉橋及至高聳的電視發(fā)射塔、煙囪等需要氣動彈性方面的計算。 MSC.NASTRAN的氣動彈性分析功能主要包括：靜態(tài)和動態(tài)氣彈響應分析、顫振分析及氣彈優(yōu)化。 7．流—固耦合分析 流-固耦合分析主要用于解決流體(含氣體)與結構之間的相互作用效應。MSC.NASTRAN中擁有多種方法求解完全的流—固耦合分析問題，包括：流—固耦合法、

53、水彈性流體單元法、虛質量法。 8．多級超單元分析 超單元分析主要是通過把整體結構分化成很多小的子部件來進行分析，即將結構的特征矩陣(剛度、傳導率、質量、比熱、阻尼等)壓縮成一組主自由度類似于子結構方法，但較其相比具有更強的功能且更易于使用。子結構可使問題表達簡單、計算效率提高、計算機的存儲量降低。超單元分析則在子結構的基礎上增加了重復和鏡像映射和多層子結構功能，不僅可單獨運算而且可與整體模型混合使用，結構中的非線性與線性部分分開處理可以減小非線性問題的規(guī)模。應用超單元工程師僅需對那些所關心的受影響大的超單元部分進行重新計算，從而使分析過程更經濟、更高效，避免了總體模型的修改和對整個結構的重

54、新計算。 多級超單元分析是MSC.NASTRAN的主要強項之一，適用于所有的分析類型，如線性靜力分析、剛體靜力分析、正則模態(tài)分析、幾何和材料非線性分析、響徹云霄應譜分析、直接特征值、頻率響應、瞬態(tài)響應分析、模態(tài)綜合分析(混合邊界方法和自由邊界方法)、設計靈敏度分析、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、線性、非線性傳熱分析等。 9．高級對稱分析 針對結構的對稱、反對稱、軸對稱或循環(huán)對稱等不同的幾何特點，MSC.NASTRAN提供了不同的算法。類似超單元分析，高級對稱分析可大大壓縮大型結構分析問題的規(guī)模，提高計算效果。 10．設計優(yōu)化分析 11．復合材料分析 12．P單元及H、H—P自適應 13．MSC.

55、NASTRAN的高級求解方法 MSC.NASTRAN能有效地求解大模型，其稀疏矩陣算法速度快而且占有磁盤空間少，內節(jié)點自動排序以減小半帶寬，再啟動能利用以前計算的結果。 并行計算以及線性靜力，正則模態(tài)分析，模態(tài)及直接頻率響應分析的分布式并行計算極大地提高分析速度，復特征值問題速度提高3倍以上，虛擬質量計算速度提高2倍以上，靜力氣彈分析(SOL144)速度提高30%以上[24] 4 車架三維模型的建立 車架的模型是用CAD繪圖軟件UG建立的。具體步驟如下： 4．1 繪制縱梁 縱梁我是采用沿引導線掃略這個功能完成的。由于給定了二維圖形，故在建模模式下，用草圖功能，在草圖xc -

56、 yc , yc - zc平面上分別畫出車架縱梁的某一條外沿線在主視圖和俯視圖的投影，然后完成草圖，在建模(Modeling)中拉伸成片體，并使兩個片體相交，求交線，由此得到車架縱梁的輪廓線外沿線，并用相同的方法得到車架縱梁的四條外沿線。畫出截面形狀，再進行掃掠，這樣車架前端縱梁的繪制，最后將內外槽鋼布爾運算加和，形成一體。如圖： 圖2.1縱梁前端 圖2.2縱梁的整體形狀 由于采用的是三位投影的逆向操作的到的交線，即縱梁的外沿線，生成的空間曲線有兩個片體相交的到，則該曲線必然連貫。又由于曲線的生成是完全按照設計圖紙的到的，得到的縱梁即為設計師要求達到的理想形狀。 4．2

57、繪制支架 建立基準平面，再該基準平面上用草圖功能畫出支架的平面形狀。退出草圖，使用建模的拉伸功能，拉出實體模型。然后再用邊倒角導出形狀，支架的形狀便出來了。最后進行布爾運算求和，使之與車架縱梁連為一體。如圖： 圖2.3 縱梁上的支架 4．3 繪制橫梁 圓柱形的橫梁用軟管功能即可實現(xiàn)。先做出引導線，即圓柱形橫梁的中心線，在用軟管功能生成圓柱體橫梁，再與縱梁托架布爾運算加和，形成一體。結構較復雜的橫梁，則需要在鈑金狀態(tài)下做出草圖，形成薄板。再充分利用折彎，沖孔和展開功能。對于空間曲面則還要用掃略來做出。彎邊后還要進行鈑金裁減，比較復雜。 圖2.4 橫梁托架 4．4 完

58、成模型 把所有繪圖中使用的曲線和平面都移到一個不用的圖層，并將之隱藏。最后得到一個完整的模型 圖2.6 車架模型 5 車架的靜態(tài)分析 5．1 力學模型的選擇 有限元分析的基本思想，是用一組離散化的單元組集，來代替連續(xù)體結構進行分析，這種單元組集體稱之為結構的力學模型；如果已知各個單元體的力和位移(單元的剛度特性)，只需根據節(jié)點的變形連續(xù)條件與節(jié)點的平衡條件，來推導集成結構的特性并研究其性能。有限元的特點是始終以矩陣形式來作為數(shù)學表達式，便于程序設計，大量工作是由電于計算機來完成，只要計算機容量足夠，單元的剖分可以是任意的，對于任何復雜的幾何形狀，多樣化的載荷和任意的邊界條件都能

59、適應。然而，由于有限元是一種數(shù)值分析方法，計算結果是近似解，其精度主要取決于離散化誤差。如果結構離散化得恰當，單元位移因數(shù)選取得合理，隨著單元逐步縮小，近似解將收斂于精確解。因此，正確建立結構的力學模型，是分析工作的第一步。 目前采用有限元分析模型一般有如下兩種：梁單元模型和組合模型等。梁單元模型是將車架結構簡化為由一組兩節(jié)點的梁單元組成的框架結構．以梁單元的截面特性來反映車架的實際結構特性。其優(yōu)點是：劃分的單元數(shù)目和節(jié)點數(shù)目少，計算速度快而且模型前處理工作量不大，適合初選方案。其缺點是：無法仔細分析車架應力集中間題，因而不能為車架縱、橫梁連接方案提供實用的幫助。組合單元模型則是既采用梁單元

60、也采用板殼單元進行離散。在實際工程運用中，由于車架是由一系列薄壁件組成的結構，且形狀復雜，宜離散為許多板殼單元的組集，其缺點是前處理工作量大，計算時間長，然而隨著計算機技術的不斷發(fā)展，這個問題已得到了較好的解決，而且由于有大型有限元軟件支撐，巨大的前處理工作量絕大部分可由計算機完成，也不是制約板殼元模型實際運用的因難了。這種模型使得對車架的分析計算更為精確，能為車架設計提供更為有利的幫助。 5．2 車架的計算方法 汽車車架的主要結構形式為邊梁式車架，貨車車架縱梁截面多為槽形，橫梁截面可為槽形、閉口矩形或圓管?？v梁和橫梁的聯(lián)結方式有焊接、鉚接和螺栓聯(lián)結等。其聯(lián)結接頭幾何形狀各異，應力分布復

61、雜。根據是否考慮接頭的真實形狀，邊粱式車架的結構計算方法可分為兩大類： 1)不考慮接頭形狀 有最小變形能法、Erz法、傳遞矩陣法和空間梁有限元法。其不足之處于下列幾點： 忽略了接頭的柔度．而它對車架變形和桿端力矩的計算卻很有影響； 無法確切計算接頭區(qū)域的應力分布．而這對于車架的設計和優(yōu)化卻很重要； 只用梁單元，不能反映設計的修改，如接頭形狀和連接形式的改變。 2)考慮接頭形狀 有完全法和混合法。完全法用板殼單元來離散整個車架，可用于縱梁并不均勻平直的剛架，缺點是用的單元和自由度數(shù)目龐大。且計算的前后處理工作量大；混合法是交替使用了有限元和矩陣立法。 5．3 等效載荷的簡化

62、 計算結果的真實值與可信性程度如何與模型的建立、載荷的簡化有直接的關系。早期的車架強度計算是將車架簡化為簡支梁，只做彎曲強度的校核。隨著有限元的發(fā)展和推廣，國內汽車行業(yè)已將有限元法應用于車架的強度計算，但貨箱與車架相連的部分，應力的計算值與貨箱和車架之間等效載荷和相互剛度關系簡化模型有關，直接影響計算結果。通過分析可得出以下幾點結論： 1)乘員和車架，貨箱和車架之間的作用力是以集中力的形式傳遞的； 2)貨箱和車架共同承受彎曲載荷，貨箱承受能力與貨箱剛度有關。因此在車架應力的有限元計算中考慮貨箱的剛度貢獻， 6 車架結構有限元分析 車架用UG高級仿真模塊進行有限元分析的前期處理工作，用

63、MSC.NASTRAN求解器對車架進行求解。 6．1 計算模型 由于車輪軸通過前、后鋼板彈簧裝在車架上，車架上面承受著發(fā)動機、駕駛室、車箱及貨物等一系列垂直于框架平面的載荷，所以車架實際上可視作空間板架結構。 有限元板殼元模型就是將車架離散為一系列板單元，各單元只在節(jié)點處相聯(lián)，節(jié)點選在各單元的角點處，相鄰單元之間通過節(jié)點可以傳遞力和力矩。為使薄板離散體系能較好地反映真實車架的變形情態(tài)，其相鄰單元各節(jié)點應滿足變形連續(xù)條件。因此，在任一節(jié)點處，須考慮6個節(jié)點位移分量。計算過程中采用3D四面體單元對車架的幾何模型進行網格劃分，并利用剛性單元將力施加到各相應節(jié)點上。模型中共包括37377個節(jié)點，

64、72215個單元。 6．2 邊界條件的處理 由于輪胎剛度很大，可將它看成是剛性的，忽略它對結構分析的影響。對于鋼板彈簧，將模擬前后板簧的彈簧元下端點分別固連在相應的剛性單元上。 有限元分析過程中，要有足夠的約束條件，以消除車架的整體剛性位移，求出車架結構因變形而引起的各結點位移。為消除空間運動的六個自由度，將約束剛性單元在前后輪中心線位置的節(jié)點，作為整車約束。 按照以上約束條件得到的部分單元的車架有限元模型和全部單元的車架有限元模型如圖6.1和圖6.2所示。 圖6.1車架有限元模型（部分單元） 圖6.2車架有限元模型（全部單元） 6．3 對車架進行應變測量實驗 汽車的

65、使用條件非常復雜,對整車和總成的性能要求也很高,即使在設計和制造時對某些問題考慮非常周密也不能保證性能的完備性,還必須以試驗來檢驗.試驗是幫助我們深入了解整車及其總成在實際使用中各種現(xiàn)象的本質及其規(guī)律,并推動其技術進步的一種極為重要的方法.它是保證試驗對象的性能,提高產品質量和市場競爭力的重要手段. 汽車試驗按照試驗對象分類,包括: 1)整車試驗 試驗的目的是考核評定整車的主要技術性能,測出其各項技術性能指標,如動力性、經濟性、平順性、制動性和通過性等。整車基本參數(shù)的測定也包括在整車試驗范圍內。 2)機構及總成試驗 這類試驗主要考核機構及總成的工作性能和耐久性,如發(fā)動機功率、變速器效

66、率、懸掛裝置的特性以及他們的結構強度疲勞壽命和耐久性等。 3)零部件試驗 該試驗主要考核其設計和工藝的合理性,測試其剛度、強度、磨損和疲勞壽命,研究材料的選擇是否合理。 本課題中所做的車架試驗即為其中的機構及總成試驗。 試驗原理及方法 應變片工作原理: 電阻應變片簡稱為電阻片或應變片。它是一種將應變轉化為電阻變化的置換元件。應變片不僅能夠測量應變,而且對于任何物理量,如力、轉矩、壓強、位移、溫度及加速度,只要能夠設法變?yōu)閼兊南鄳兓?都可以利用對應的應變片進行測量,所以它在測試中應用特別廣泛。應變片由敏感元件、基底、蓋片和引線組成,其中的敏感元件用黏合劑粘在其底和蓋片之間,引線焊

67、接在線柵的兩端。 將應變片用黏合劑貼在試件上,試件受力產生變形時,應變片也同時發(fā)生變形,其電阻隨之改變,即產生應變片的應變效應。各應變片分別用導線接出,通過預調平衡箱與靜態(tài)電阻應變儀相聯(lián)。其中預調平衡箱對每片應變片進行預平衡處理,消除非車架變形產生的應變,進而通過靜態(tài)電阻應變儀,讀出應變片在車架變形作用下的應變[27]。 1.實驗目的 對該車車架進行抗彎靜載強度測試，以根據實驗結果修正有限元計算模型。 2.實驗方法 1)實驗中采用應變片測試技術。根據測點受力狀況，按應變片粘貼技術要求粘貼電阻應變片，經固化檢驗（阻值變化，絕緣）后，連接導線及應變儀。 2)為保證測量精度，采用單片測量方法（另設補償片）。補償片貼在相同材料、相同溫度、不受力的材料上。 3)根據應變儀所讀出的測點實際應變值，利用公式即可獲得測點的應力值。其中，為材料的彈性模量，對于鋼材其值為2.06GPa。 3.實驗元件及測試儀器 金屬膠基電阻應變片：規(guī)格，阻值為，靈敏系數(shù)為，邢臺金力傳感元件廠生產 接線端子：邢臺金力傳感元件廠生產 應變儀型號：YJD——1型（具有靈敏系數(shù)補償功能），上海華東電子儀表廠生產 平衡箱型號：