CAE分析是现代汽车设计

[15]。相关节点和独立节点之间保持刚性连接，所以单元的每个节点运动是相关连的。刚性单元节点也具有六个自由度，可以承受节点力和节点力矩，可以输出单元上的位移、反作用力和约束力。但是单元是没有质量的，所以在单元上不能施加惯性力。4.2.7螺栓的模拟螺栓的模拟连接分为两种，一种是通过刚性单元将螺栓孔的两端边缘节点进行连接，并通过自动计算独立节点完成对螺栓的模拟；另外一种是直接使用BoltConnectors进行螺栓的模拟连接。本课题采用的是弹性衬套，拟采用直接利用约束命令进行约束。4.2.8焊缝的模拟由于本设计采用的是冲压焊接的方式，各个部件是通过焊接的方式连接在一起，所以我们需要根据分析方向的不同对前副车架的连接关系进行不同的模拟。在对前副车架的分析中，本课题将焊点全部简化为一维刚性单元，采用RBE2单元或者是相近节点的拉合。刚性单元包括两个到数十个节点，第一个结点是独立节点，其余节点为相关节点[16]。相关节点和独立节点之间保持刚性连接，所以单元的每个节点运动是相关连的。刚性单元节点也具有六个自由度，可以承受节点力和节点力矩，可以输出单元上的位移、反作用力和约束力。但是单元是没有质量的，所以在单元上不能施加惯性力。4.2.9薄壁部件结构的简化在本课题调研的过程中发现，现在主流设计的副车架大多数是以钢板结构为主要的结构。并且选用板材厚度为1-3mm，属于薄壁件。同时，本课题增加的增加的加强板也包括如下，各构件的厚度如下：前副车架各部件名称厚度(mm)前副车架各部件名称厚度（mm）下摆臂加强版加强板4mm前横梁中部加强版4mm左右车架连接点4mm前横梁两侧加强版4mm表4-1副车架部分结构件厚度4.3本章小结本章简单的介绍了HyperMesh，通过HyperMesh进行前副车架有限元模型的建立的基本步骤和分析的基本过程。我们在处理器abaqus和natrans求解器中得到了我们所需要的分析结果，即得到了有限元分析的结构应力图。为我们的优化提出了依据，最终才能提出和确定优化方案。

5有限元分析结果及优化5.1有限元分析结果5.1.1强度分析应力图在本次有限元分析中，进行了三种工况的模拟：分别是向后制动、单侧深坑和极限转向三种工况下进行有限元分析。图5-1向后制动强度应力分布图图5-2单侧深坑应力分布图图5-3极限转向应力分布图5.1.2刚度分析应力图在本次进行的刚度分析过程中，也同样使用了强度分析的三种工况。图5-4向后制动最大位移应力图图5-5单侧深坑最大位移分布图图5-6极限转向最大位移分布图5.2优化方案5.2.1优化思路利用了abaqus和nastran进行了有限元分析后，针对薄弱的结构，本课题进行了再次优化的设计。设计优化思路步骤如下：1）根据应力分布结构图，找出结构标红的地方。2）对薄弱环节进行梳理，针对每次工况相同的地方，进行协调，对薄弱的地方做统一处理。3）在薄弱环节进行加强处理，比如在中部增加横梁，还有就是在横向稳定杆之间增加加强梁或加强材料等。对上摆臂板由原来的3mm增加到4mm，进行增厚处理。现在将优化结果图表示如下。图5-7前副车架结构优5.2.2优化的再次分析在进行加强后，本课题进行了再次有限元分析，由于本课题焊缝采取的是刚性连接，在分析过程中刚性连接点会出现应力集中导致应力图刚性连接处出现标红，实际情况中往往焊缝的厚度要高于各个母材的厚度，所以本课题有限元分析不予考虑。在进行了再次的有限元分析后，应力集中点得到了改善。图示如下：在向后制动的情况中：在极限转向优化结果应力分布图可知道，在增加了加强板后，两横梁应力集中的地方应力集中减少，并且应力分布颜色分布区域在允许的强度颜色范围下（颜色标红处为刚性连接，不予考虑）。图5-8极限转向优化应力图在单侧深坑的情况中：本次课题在在进行初步有限元分析时是左侧深坑，考虑到实际情况，在优化后的有限元分析本课题考虑在右侧施加相同的单侧深坑工况。以更加符合实际情况。又优化分析结果应力分布图可知。原先下摆臂附近应力集中点应力减小，满足了设计的设用要求。图5-9单侧深坑优化应力图在极限转向情况中：极限转向应力图中，由于衬套是多从节点连接一个副车架主节点，由于reb2的属性，会出现应力集中点，在不考虑次情况下，满足强度要求。图5-10极限转向优化应力图进行了强度有限元的再次分析，需要进行强度NASTRAN的求解器求解，经过NASTRAN的初步分析，发现最大位移发生在向后制动的情况中。最大位移为4.645mm，向后制动和单侧深坑发生最大位移处都为下摆臂后点，且最大位移小于向后制动位移。所以只要极限转向满足要求刚度要求，副车架满足使用要求。位移图如下，最大位移为1.7mm。图5-11优化位移分布图5.3本章小结利用分析软件，本课题进行了对前副车架强度和刚度的有限元分析，在应力图的基础上进行了优化。优化后的应力得到了极大的改善。达到了本课题的目的。

6总结与展望本文采用钢作为前副车架的材料进行设计和有步骤计划得进行了有限元分析。在设计了前副车架后，利用Hypermash的分析对前副架得强度和刚度进行了分析，通过提出优化方案，达到了设计的要求。本课题完成的工作简单总结如下：1）从刚开始接触课题的一知半解，慢慢调研和查找资料学习前副车架知识，从而确定了前副车架设计要求，结构参数。为我们的设计提供了很必要的依据，不是盲目设计，因此本课题可以建立了三维模型。2）研究了强度理论的适用性和有限元方法的基本原理，为全文奠定了理论基础。3）在接触课题之后，需要对软件hypermesh进行学习，在这个这个枯燥的过程中一步一一的学习，使我掌握了分析的技巧，不再是一知半解。在分析的过程中用hypermesh简化前副车架、网格的三维模型荷载和约束，完成前副车架的有限元分析。4）在进行了求解器求解之后，本课题得到了应力分布图，而后根据应力分布图的显示的薄弱环节，本课题提出了优化的方案。本课题只是做了副车架设计过程和分析过程中的一小部分后面还有很多要研究的阶段。由于研究和论文完成时间的限制，本课题仅初步完成了紧凑型乘用车钢前副车架的设计。为了实现本课题设计的前副车架的应用，需要很多大量的工作，如配合精度等，否则需要大量的工作来研究和优化钢材的冲压和制造工艺。同时，由于钢本身的性能，它不仅质量好，而且容易腐蚀。如何保证钢前副车架的使用寿命能达到15年的强制报废年限，涂装工艺的选择的处理等。综上所述，本课题在前副车架进行了初步设计和有限元的初步探索，研究和优化了前副车架的结构方案，为往后的设计提供了初步的思考。也希望在现有的基础上通过有限元分析和论证对前副车架的结构和尺寸进行优化得到一个更好的前副车架设计方案。

致谢从刚步入大学的无知少年，到四年后专业知识在心底根深地固，最先应该感谢专业老师在四年的时间里对我们学习、生活上的无私帮助，是您们的关心和帮助，我才能茁壮的成长。没有荒废时光，走入歧途。再次，在为其六个月的毕业实习里，自己经验的匮乏，有许多考虑不周的地方。如果没有导师廖抒华的讲解，教我如何调研，如何运用学校的资源，如何在图书馆上查找查找相关参数，我不可能按期完成毕业设计。本次论文选题的修改与确定再到完成，老师花费了大量的时间，。导师以渊博的专业我知道老师带了很多的毕业生，仍然认真负责的带领我做毕业设计，老师谨慎的治学态度，孜孜不倦的教书育人，还有开朗豁达人生那微笑的面孔，积极乐观的生活态度深深的影响我，在此我要向廖抒华老师表示最真挚的感谢和最真挚的敬意，谢谢您在毕业设计路上对我辛苦的付出，谢谢您！同时，很荣幸能有机会在企业学习，在这两个月的企业学习里，我得到了非常多宝贵的课设经验和知识。我知道，离不开余工程师在我学习有限元软件Hypermash软件时的耐心指导和无私的帮助，解答了我的各种疑惑。让我少走了许多的弯路。如果不是工程师的无私帮助。我在有限元软件学习的路上不知道还要摸索多久。谢谢企业能给我这次实习的机会，感谢师傅们的辛苦付出。最后，本次毕业设计的顺利完成，也离不开同学的的帮助。特别是天元同学对我在数模上的指导和有限元分析上的帮助。感谢从小学到大学的路上，遇到的的关心、支持和帮助过我的老师们、同学们、和朋友，是你们，让我的读书生涯充满欢声与笑语！

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