某电动车车架刚强度CAE分析报告 _V1_150609

1、密级: 编号： 超越三号电动车车架超越三号电动车车架 刚强度刚强度 CAECAE 分析报告分析报告 项目名称：项目名称：速派奇超越三号电动车设计开发 项目代码：项目代码： . 编制： 日期： _ 校对： 日期： _ 审核： 日期： _ 批准： 日期： _ 中国汽车工程研究院 凯瑞设计中心 2015 年 6 月 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 I 目 录 1、CAE 分析输入条件.1 1.1 3D 数模.1 1.2 其它输入条件 .1 2、CAE 模型说明.2 3、电动车架分析工况.2 3.1 模态分析.2 3.2 车架各分析工况和边界条件 .3 3.3 各工况下应力分析 .4 4

2、、结论与建议.15 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 1 1、CAE 分析输入条件分析输入条件 1.1 3D 数模数模 以甲方输入的 3D CATIA 模型为依据，3D 模型结构如下图 1 所示。 图 1 电动车架 3D 模型 1.2 其它输入条件其它输入条件 其它输入条件主要包括电动车架 BOM 表、集中质量的质心位置及其与车架连接点的 位置，车辆前后悬架安装点位置。 车架骨架主要由 Q235 和 DC01 两种材料构成，左右 8 字形弯管梁由 2.5mm 厚的 SPCC 构成。甲方提供的车架 BOM 表部分内容如下表 1 所示。 表 1 车架部分零件材料清单 零部件名称编号材料厚

3、度（mm）备注 机舱左纵梁一CY03-5301021-A01Q2352.0 车身左纵梁CY03-2801013-A01Q2352.0 车身横梁六CY03-2801019-A01Q2352.0 车身中纵梁三CY03-2801024-A01Q2352.0 后悬架安装管CY03-2801025-A01Q2352.0 电池框架支撑梁一CY03-2801026-A01Q2352.0 后排座椅下盖板安装支架CY03-2801042-A01DC012.0 前排右安全带卷收器支架CY03-2801114-A01DC012.0 前排电池前下安装梁CY03-2801077-A01Q2352.0 前排座椅支撑板CY

4、03-2801078-A01DC012.0 右八字管CY03-5401028-A01SPCC2.0 甲方提供的电动车主要零件质心位置及重量如下表 2 所示。 表 2 各零部件质心及重量 名称质心位置重量（KG）备注 电池 1X=-561.519 Y=-244.744 Z=98.74650 电池 2X=-561.519 Y=244.744 Z=98.74650 电池 3X=-385.93 Y=-244.744 Z=98.74650 电池 4X=-385.93 Y=244.744 Z=98.74650 电池 5X=219.07 Y=0.256 Z=126.24650 前排人体 H 点（左）X=-4

5、39.696 Y=-270 Z=420.813 人 68，座椅 6 前排人体 H 点（右）X=-439.696 Y=270 Z=420.813人 68，座椅 6 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 2 后排人体 H 点（左）X=349.826 Y=-215 Z=438.397 人 68，座椅 8.5 后排人体 H 点（右）X=349.826 Y=215 Z=438.397 人 68，座椅 8.5 空调蒸发箱X=-1398.885 Y=44.855 Z=465.251 5.0 空调压缩机X=-1444.197 Y=123.235 Z=51.521 6.0 仪表板总成X=-1040.3 Y

6、=-8.2 Z=5125.5 2、CAE 模型说明模型说明 考虑到计算机资源、模态和强度分析要求，模型中除后面电池 5 支架中螺杆为实体单 元外，其余均为 2D 平面单元。实体为六面体单元，平面单元以四边形单元为主，仅有少 量的三角形单元。模型中绝大多数单元大小以 6mm 为准进行划分。建立的模型单元如下 图所示。 图 2电动车架 FEM 模型 模型中总单元数 345539，节点数 358158。三角形单元数 5801，三角形单元占总数 为 1.7%。 3、电动车架分析工况、电动车架分析工况 对此款电动车架主要进行车架整体模态分析和强度分析。 3.1 模态分析模态分析 对车架进行模态分析的目的

7、主要是电动车避开外部路面不平度激励和蓄电池带动电机 转动对车架的激励。电机一般激励较小，车架分析主要考虑避开路面激励，车架前几阶频 率应在 5Hz 以上。 将各部件以集中质量的形式固定于车架上相应位置处，车架为钢材，密度为 7.85103Kg/m3。车架模态分析中前四阶模态如下图 3图 6 所示。 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 3 图 3 第一阶模态 图 4 第二阶模态 图 5 第三阶模态 图 6 第四阶模态 第一阶模态频率为 5.8Hz，为前排座椅下的框架支撑结构，为平揺振型，频率与限制 范围较接近。为了提高第一阶模态频率及改善振型，建议在前排座椅下的框架支撑结构四 周进行稳定

8、三角形的桁架结构设计。 3.2 车架各分析工况和边界条件车架各分析工况和边界条件 电动车常在城市道路上行驶，依据车辆使用工况和条件，对电动车架进行如下 CAE 分析：模态分析、弯曲强度分析、扭转强度分析（车辆主体结构对称，以右后悬空、右前 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 4 悬空两种状态进行）、紧急制动工况强度分析、右转弯强度分析。各分析工况和车架约束 自由度如下表 3 所示。 表 3电动车架分析工况和约束自由度 约束自由度左前轮左后轮右前轮右后轮 弯曲动载XYZYZXZZ 扭转（右后悬空）XYZYZXZ悬空 扭转（右前悬空）YZXYZ悬空XZ 紧急制动XYZYZXZZ 急加速YZ

9、XYZZXZ 右转弯XYZXYZZZ 依据车辆行驶路况和最高速度，参考其余车辆分析情况，各工况下动载系数如下表 4 所示。 表 4电动车架各工况动载系数 约束自由度X 向Y 向Z 向 弯曲动载002.0g 扭转（右后悬空）001.3g 扭转（右前悬空）001.3g 紧急制动1.001.0g 急加速-0.6g01.0g 转弯00.6g1.0g 3.3 各工况下应力分析各工况下应力分析 3.3.1 弯曲动载工况 图 7 弯曲时车架右侧面应力 图 8 弯曲时车架左侧面应力 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 5 图 9 弯曲时前悬架左侧下摆臂处应力 图 10 弯曲时前悬架右侧下摆臂处应力 图

10、 11 弯曲时车架底面左右纵梁应力 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 6 图 12 弯曲时后悬架右侧下摆臂处应力 图 13 弯曲时后排座椅支撑框架处应力 从图 7图 13 看，弯曲 2g 作用力工况下，前悬架下摆臂后支座连接处应力集中较大。 另外，后排座椅后安装连接的横向大梁，重力作用下变形较多，人和电池向下压迫悬架横 大梁，导致横大梁应力较大。 3.3.2 制动工况： 图 14 制动时车架右侧面应力 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 7 图 15 制动时车架左侧面应力 图 16 制动时前悬架左下摆臂处应力 图 17 制动时前排座椅直支撑框架处应力 超越三号电动车车架刚强度

11、 CAE 分析报告 8 图 18 制动时车架底面左右纵梁应力 图 19 制动时后悬架支撑处应力 此种工况下，应力较大在前排座椅下连接的支撑框架结构，8 根支撑管为平行布置， 承受车辆纵向力较弱。 3.3.3 右后悬空工况： 图 20 右后悬空时左侧面应力 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 9 图 21 右后悬空时右侧面应力 图 22 右后悬空时左前下摆臂连接处应力 图 23 右后悬空时底面左右纵梁应力 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 10 图 24 右后悬空时左后下摆臂连接处应力 后悬架连接支座与车架横向管梁连接处应力最大。 3.2.4 右前悬空工况 图 25 右前悬空时

12、右侧面应力 图 26 右前悬空时右侧面应力 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 11 图 27 右前悬空时左前下摆臂连接处应力 图 28 右前悬空时底面左右纵梁应力 图 29 右前悬空时右后悬下摆臂连接处应力 此工况下应力最大处为前摆臂与车架连接处和后悬架横向管梁与电池支架连接处。 3.2.5 急加速工况 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 12 图 30 急加速时车架左侧面应力 图 31 急加速时车架右侧面应力 图 32 急加速时右前下摆臂连接处应力 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 13 图 33 急加速时底面左右纵梁应力 图 34 急加速时右后悬架下摆臂连接处应

13、力 图 35 急加速时前排座椅支撑框架处应力 前后下摆臂连接处由于应力集中，此两处地方应力最大。另外，前排座椅处应力较大。 3.2.6 右转弯工况 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 14 图 36 右转弯时左侧面应力 图 37 右转弯时右侧面应力 图 38 右转弯时底面左右纵梁应力 超越三号电动车车架刚强度 CAE 分析报告 15 图 39 右转弯时右前下摆臂连接处应力 图 40 右转弯时右后下摆臂连接处应力 车辆右转弯时，从应力看，与前几个工况的现象几乎相同，主要在前后悬架下摆连接 处应力最大，其次是前后排座椅框架支撑处。 4 、结论与建议结论与建议 通过上述车架整体模态分析和几个工况的强度分析，得出如下结论： 1）前排座椅模态频率稍低，频率为 5.8Hz，主要为平摇振型； 2）在多个工况下，前后悬架下摆臂支座连接处有应力集中现象，应力较大； 3）制动工况下，前排座椅支