1、1湖北汽车工业学院HUBEI UNIVERSITY OF AUTOMOTIVE TECHNOLOGY课 程 设 计 说 明 书课程名称 汽车专业课程设计 设计题目 车架纵梁简化模型的有限元分析 班级 T1043-5 专业 热能与动力工程 学生姓名 罗文昭 学号 20100430522 指导教师（签字） 起止日期： 2013 年 12 月 23 日- 2014 年 1 月 10 日2014 年 2 月 24 日- 2014 年 2 月 28 日汽车工程学院2目录第一章 概论 .2第二章 分析结果比较 .32.1 静力分析的比较 .32.1.1 一维模型的静力分析 .32.1.2 二维模型的静力分
2、析 .42.1.3 三维模型的静力分析 .62.2 约束模态分析的比较 .72.2.1 一维约束模态分析 .72.2.1 二维约束模态分析 .102.2.1 三维约束模态分析 .12第三章 车架纵梁的优化 .15第四章 ansys 经典界面的一维梁分析 .17第五章 关于车架纵梁的理论计算 .185.1 车架纵梁最大挠度的计算 .185.5 车架纵梁最大应力的计算 .18文献阅读 .20心得体会 .22参考文献 .233第一章 概论这次课程设计的任务是：对车架纵梁分别采用一维、二维和三维模型计算在图示的载荷和约束下结构的应力、变形与安全系数；比较各模型的计算结果；对车架纵梁的三维实体模型计算纵
3、梁简化模型的前四阶约束模态；对车架纵梁的一维模型利用载荷步和工况组合功能分别计算各种载荷对纵梁简化模型组合应力、弯曲应力和变形的影响；对车架纵梁的三维简化模型进行参数化研究及目标驱动的优化设计。分析所需要的数据为：车架纵梁简化模型的形状、尺寸和约束方式如下图所示；图 车架纵梁的简化模型车架纵梁采用的材料弹性模量为 211GPa，泊松比为 0.3，密度为：7.8g/cm3 ；均布载荷作用在纵梁中部距离为 1000mm 范围内，大小为 2Nmm；在距离左右两端支撑为 500mm 的位置上，还受到两个大小为 1000N 的集中力作用；考虑纵梁的自重。4第二章 分析结果比较2.1 静力分析的比较2.1
4、.1 一维模型的静力分析采用概念建模的方法来构建一维模型，如下图所示：图 1 一维实体模型将一维模型导入 DS 模块中，网格划分大小为 5mm，节点数为 721，单元数为360。图 2 一维网格模型在 DS 模块中加载，分析得到如下结果：5图 3 车架纵梁沿 z 轴的变形图 4 组合应力图 5 弯曲应力一维模型的最大变形为 0.622mm，最大组合应力为 19.109MPa，弯曲应力为19.109MPa，左端约束力为 2275.4N，右段约束力为 2275.4N。若网格划分大小为 10mm，则节点数为 361，单元数为 180。一维模型的最大变形为 0.622mm，最大组合应力为 19.109
5、MPa，弯曲应力为19.109MPa，左端约束力为 2275.4N，右段约束力为 2275.4N。2.1.2 二维模型的静力分析绘制一个二维平面，如下所示：6图 6 二维实体模型将二维模型导入 DS 模块时，输入厚度为 40mm，网格划分大小为 5mm，节点数为 7581，单元数为 7200。图 7 二维网格模型加载后，分析、计算后得到：图 8 沿 y 轴方向的变形7图 9 车架纵梁的等效应力二维模型的最大变形为 0.62144mm，最大等效应力为 19.113MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为 2275.4N。若网格划分大小为 10mm，则节点数为 1991，单元数为 1800
6、。二维模型的最大变形为 0.62109mm，最大等效应力为 19.103MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为 2275.4N。2.1.3 三维模型的静力分析在 DM 模块中建模，如下所示：图 10 三维实体模型将三维实体模型导入 DS 模块中，网格划分大小为 5mm，节点数为 261897，单元数为 57600。8图 11 三维网格模型在 DS 模块中约束后加载，分析得到：图 12 车架纵梁沿 y 轴的变形图 13 等效应力三维模型的最大变形为 0.62178mm，最大等效应力为 19.121MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为 2275.4N。若网格划分大小为 10m
7、m，则节点数为 36869，单元数为 7200。三维模型的最大变形为 0.62178mm，最大等效应力为 19.12MPa，左端约束力为2275.4N，右段约束力为 2275.4N。9静力分析：网格划分大小节点数 单元数最大变形最大等效应力最大组合应力弯曲应力左端约束力右端约束力一维 5 721 360 0.622 19.109 19.109 2275.4 2275.4一维 10 361 180 0.622 19.109 19.109 2275.4 2275.4二维 5 781 7200 0.62144 19.113 2275.4 2275.4二维 10 1991 1800 0.62109 1
8、9.103 2275.4 2275.4三维 5 261897 57600 0.62178 19.121 2275.4 2275.4三维 10 36869 7200 0.62178 19.12 2275.4 2275.42.2 约束模态分析的比较2.2.1 一维约束模态分析对于一维模型的约束模态分析，网格划分大小为 5mm，节点数为 721，单元数为360；一阶模态最大变形为 6.6959mm，频率为 65.767Hz；图 14 一阶约束模态二阶模态最大变形为 5.9602mm，频率为 72.417Hz；10图 15 二阶约束模态三阶模态最大变形为 6.3563mm，频率为 180.49Hz；图 16 三阶约束模态四阶模态最大变形为 5.9393mm，频率为 285.34Hz；图 17 四阶约束模态五阶模态最大变形为 6.3646mm，频率为 351.76Hz；
