开题报告-240可编辑

PAGEPAGE1开题报告题目名称FF型轿车传动系统设计与仿真题目来源题目类型A导师姓名王宏江学生姓名王荣班级学号3080221005专业车辆工程1、课题背景和意义汽车悬架是现代汽车上的重要总成之一，主要是传递作用在车轮和车架(或车身)之间的一切力和力矩，并且缓和由不平路面传给车架(或车身)的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动以保证汽车平顺地行驶，并改善汽车操纵稳定性[1]。同时，汽车悬架做为车架(或车身)与车轴(或车轮)之间作连接的传力机件，又是保证汽车行驶安全的重要部件。悬架结构形式和性能参数的选择合理与否，直接对汽车行驶平顺性、操纵稳定性和舒适性有很大的影响。长城炫丽2009款1.5cvt精英型vvt轿车采用的前悬架为麦弗逊试,即滑柱摆臂试悬架。这种前悬架的结构在实际工作中的受力状况都比较复杂。传统的计算方法，则是基于材料力学经典理论，建立悬架各元件的计算模型再进行分析。这种方法往往带有局限性，模型也常常过于简化，计算也过于粗糙、不很精确，从而不能确切的反映悬架各元件的力学性能，同时这种传统的方法所耗周期比较长，不能满足现代工业快速发展的步伐。因此，迫切需要采取新的方法对其进行深入的分析。本课题的研究意义在于通过对麦弗逊式悬架进行有限元分析得到在各种典型工况下其结构中的应力分布规律和变形情况，找出结构中应力值较大的关键点，检验结构强度，分析麦弗逊悬架结构的合理性，得到结构的薄弱部位，同时进一步揭示各种载荷（垂直力、纵向力、制动力和侧向力）对麦弗逊式悬架应力分布的影响，[3]并且提出悬架机构优化的改进设计方案，为悬架结构的进一步分析设计提供了必要参考数据，具有较好的参考价值和经济价值。2、国内外研究现状在国外，从60年代起，有限元法就开始用于汽车车架结构强度和刚度的计算。1970年美国宇航局将NASTRAN有限元分析程序引入汽车结构分析中，对车架结构进行了静强度有限元分析，减轻了车架的自重，是最早进行车架轻量化的分析。当前，国外各大汽车公司利用有限元软件进行车架结构静态分析、模态分析的技术己非常成熟，其工作重心己转向瞬态响应分析、噪声分析、碰撞分析等领域。特别是随机激励响应分析备受青睐，主要是因为它可用来进行车辆的强度、刚度、振动舒适性和噪声等方面的分析。我国于七十年代末八十年代初在高校和有关研究所开始从事有限元法的研究和应用，如长春汽研所的谷安涛等人建立了车架的有限模型，并进行了分析计算。当时汽车行业研究工作主要集中在车架分析以及用梁单元来模拟大客车骨架等方面的工作。清华大学的田应刚、周建明等，采用大型结构有限元分析软件ALGORFEAS系统对麦弗逊悬架进行静态有限元分析，计算了在一些典型工况下的应力分布，并就结构关键点(高应力点)的应力对各方向载荷的敏感性进行了分析。泛亚汽车技术中心的朱文学和同济大学的郑惠强、石来德，也是采用该软件系统，对麦弗逊悬架结构进行了静力分析和模态分析。研究表明，各种汽车的结构件都可应用有限单元法进行静态分析、固有特性分析和动态分析，并且已从原来对工程实际问题的静态分析为主转到要求以模态分析和动态分析为主，甚至根据工程实际结构的特点要求进行非线性分析。由于计算机技术的飞速发展，现在利用有限单元法求解分析汽车结构，计算规模和计算机容量、计算速度，对各种通用实用程序来说己不再作为主要矛盾。应用中的一些难题，或者说关系到有限元计算成功与否的关键，仍在于形成的计算模型中各种支承、连接怎样与实际结构相符，以及载荷，特别是动态分析中的激励，怎样反映实际情况。一般来说，悬架结构强度的有限元分析可以分为零部件级和系统级分析两种方法。[4]采用多体动力学方法得到悬架硬点载荷，对单一结构进行分析的方法称为零部件级分析；以整个悬架为基础，同时考虑衬套、限位块刚度以及零部件间相互运动的影响的分析方法称为系统级分析方法。零部件级分析方法原理简单，而且容易将分析过程流程化、规范化，从而保证分析结果的准确性和一致性；系统级分析方法，由于能够考虑几乎所有的悬架本身特性，如非线性连接关系、运动关系等特性，因而可以得到更为准确的分析结果。下面，我给大家介绍一下两种方法的分析过程以及优缺点。并从分析效率和产品开发周期角度出发，说明了两种方法适用的阶段及作用。①零部件级的分析方法：一般来说，在整车开发的初期，最初确定的是一些重要硬点(部件与部件之间的连接点)的位置及相关参数，然后由设计人员根据这些信息对相关零部件进行初步概念设计，在此阶段需要对单个零部件的结构强度及耐久性进行分析，并针对存在的问题提出改进意见，指导结构设计，使之逐步趋于合理。零部件分析的优点：从分析规模上来看，单个零部件分析的计算时间短，占用空间小，对计算机的性能要求不高，比较适合于设计初期结构改进中的多次反复分析验证。零部件分析的缺点：首先，对于悬架零部件的分析来说，需要相关的受力分析提供载荷输入，可以通过多体动力学分析计算输出得到相关硬点的载荷。其次，在单个零部件的分析中，边界条件是一个很难处理的问题。边界条件的正确与否，直接影响到分析结果的可信度。因此，零部件级方法要求分析人员对分析对象的各种特征、连接关系以及作用等有深刻的认识。最后，当结构应力超过材料的屈服极限时，该方法不能给出正确的分析结果。这是因为多体动力学不能考虑结构本身的塑性变形，多体动力学即使引入柔性体，也仅限于线弹性变形范围，因此，当结构出现塑性变形时，应用多体动力学方法无法得到正确的载荷数据，更无法保证应力结果的正确性。零部件强度分析的一般分析思路为：获取整车相关参数→建立前/后悬架的多体模型→动力学分析提取硬点载荷→代入有限元模型中分析求解。②系统级分析方法：单个零部件的分析只能考察零部件的品质，很多零部件连接在一起，构成一个系统后，还要对整个系统的结构可靠性进行分析，即系统总成分析。一般来说，系统总成的分析是在系统各个零部件的几何模型确定后进行的。系统总成分析的优点：在系统总成的分析中，各个零部件都是以柔性体的形式存在，可以考虑各个零部件的变形对其它相邻部件的影响，同时部件与部件连接处的模拟更接近真实情况，因此与单个零部件分析相比，总成分析的结果精度更高，指导意义更大。另外，从边界和载荷条件来看，系统总成的约束条件比较简单，工况载荷比较容易计算。在悬架总成分析中，只需要对悬架与车身的连接点进行约束就可以了，载荷主要作用在车轮中心，根据整车的相关参数可以很容易求得。系统总成分析的缺点：在系统总成分析中，需要提供比较准确的弹性元件参数，比如橡胶衬套和弹簧，这些参数的准确与否直接影响着载荷在各个连接点的分配，进而影响各零部件的应力分布。另外，就系统总成的分析模型而言，其规模一般都很大，计算时间长，对计算机的性能要求高。系统总成分析的一般分析思路为：收集系统的模型参数(包括整车相关参数、各零部件的几何模型和连接单元的刚度参数等)→建立各零部件的有限元模型→系统总成建模(主要是建立各零部件之间的连接关系)和边界载荷条件的建立→分析求解。综合各方面文献，和相关的一些数据统计，我们可以得到这样的结论：在结构应力小于屈服应力的条件下，零部件强度分析结果有着很高的精度，与总成分析结果相比，误差比较小。为了分析质量与效率，更好的服务与产品研发，建议在不同产品开发阶段采用不同的分析方法，如在概念设计阶段建议采用零部件级分析方法，而在设计后期采用系统级分析方法。3、课题主要内容研究奥迪90悬架的运动性能，分析该车的定位参数与汽车性能的关系，并对定位参数进行优化。在此基础上，求解麦弗逊式悬架静态时的受力情况。建立奥迪90悬架中的有限元模型，主要包括几何模型的建立，单元类型的选取，网格划分，载荷施加及边界条件的处理等。根据有限元模型求解的结果，进行有限元模型的结构分析，包括静力分析和模态分析两方面。静力分析主要用来分析前悬架结构静力特性，看其是否能满足汽车结构性能的要求；模态分析主要是，研究前悬架固有特性，探讨其与整车的共振情况。探讨前悬架的有限元分析的误差原因，提出结构的改进意见，使前悬架具有更为合理的结构性能，为悬架结构的优化设计提供一种依据。课题研究方案在实验室找到奥迪90车的前悬架结构，然后测量相关建模数据。利用测量到的数据，在CATIA软件中建立奥迪90汽车悬架模型。将建立好的奥迪90前悬架模型导入软件中。在ANSYS软件环境下，对其进行静力有限元分析，通过软件的后处理功能，获得前悬架的变形和应力分布等情况。进一步对前悬架进行模态分析。通过软件的后处理功能，得到结构的固有特性。在前面的研究分析的基础上，分析有限元求解的误差来源，并提出合理的改进意见。5、日程安排1-2周：熟悉课题，查找资料。完成开题报告。3-6周：利用CATIA软件建立桑塔纳型轿车的前悬架的三维模型。7-10周：将建立的部分三维实体模型转换到有限元软件中，进行了较完整的静态分析。11-12周：模态分析。13-15周：写论文，准备答辩填表说明:题目类型:1、工程设计；2、应用研究；3、理论研究；4、其它；（选1、2、3、4）。题目来源:A、自拟课题；B、民用科研课题；C、国防科研课题；（选A、B、C）。开题报告内容使用宋体小四字号。参考文献：[1]张洪欣。汽车设计。机械工业出版社，1988[2]张洪武。有限元分析与CAE技术基础，2004[3]周中坚，卢耀祖。机械与汽车结构的有限元分析。同济大学出版社，2002[4]张林波，徐有中，汽车悬架结构强度的分析方法，2007[5]谭继锦，汽车有限元法。人民交通出版社,2005[6][德]耶尔森•赖姆帕尔著，余卓平译。汽车底盘基础[7]怀自力,重型载货车底盘主要总成的有限元分析研究,硕士论文2009[8]王卡，麦弗逊式悬架结构的有限元分析，硕士论文，2008[9]AliRUseoffiniteelementtechniquefortheanalysisofcompositestructures，1996[10]ALagrangianfiniteelementmethodforsimulationofasuspensionunderplanarextensionalflow，2008[11]Improvementofelectromagneticsuspensionelements，1999指导教师意见 指导教师(签字):