图4.10 满载弯曲应力云图 25

图4.11 满载左前轮扭转位移云图 26

图4.12 满载对角轮扭转位移云图 26

图4.13 满载左前轮扭转应力云图 27

图4.14 满载对角轮扭转应力云图 27

查表目录

表2.1 整车参数 6

表3.1 材料属性 10

表4.1 车架自由模态固有频率 18

表4.2 车架强度评价参数 27

1  引言

1.1  选题背景

汽车是一项技术含量极高的产品，极大地方便了人们的出行，不过随之而来的问题是环境的污染以及能源的紧缺。近年来世界范围内对节能减排给予了高度重视，汽车作为这些问题的主要来源之一，针对排放方面的法规也越来越严格。汽车尤其是重载车辆的质量对燃油经济性有很大影响，轻量化是目前汽车行业研究的焦点。作为运输行业的主力军，重载车辆有着不可替代的地位，提高其燃油经济性是必要的举措。相关研究表明每减轻汽车总质量的10%，燃油消耗量可降低6%~8%[1]。车架自重占据了车辆总质量的很大一部分，合理设计车架结构，减轻其重量有着十分重大的意义。

科学技术是第一生产力，伴随着科技的飞速发展，汽车行业的许多问题可以借助先进技术更好地得到解决。不同于以往的错误只能在实验中被发现并修正，现在借助电脑，不同工况下的车架状态能够通过有限元软件来进行仿真，可以良好地模拟其真实条件时的工作情况。尤其涉及到比较复杂的结构时，有限元方法能够比较精确地得到各部分的真实受力情况，而对于这一点，经典力学显然是做不到的。工程师可以在设计阶段就对车架进行优化，改善薄弱点的结构或者材料使之满足要求，大大减少了成本以及研发时间。在工程实践当中，结构优化结合有限元分析，是目前车架研发行之有效的一条途径。

1.2  车架优化研究现状

1.2.1  国外研究现状

1.2.2  国内研究现状

1.3  本文主要研究内容

本文以某重载车辆的车架为参考，首先根据给定的参数，建立有限元模型。然后对其结构作拓扑优化，根据得到的密度云图寻找到最合适的结构形式。最后，建立优化后的结构模型，进行静力学以及动力学分析，确保其工作可靠。主要的工作内容如下：

（1）学习HyperMesh和ANSYS软件，搜集相关文献，对软件操作以及优化分析方法有一个大致的了解，为后续工作做好准备。

（2）参考某重载车辆的车架结构，根据已知参数，建立拓扑优化模型。设计中需要划分板壳单元，正确设置约束载荷条件，运用变密度法优化结构。将计算结果进行后处理，最终以密度云图的形式输出。

（3）从计算结果中选取最佳方案，确定出车架结构的具体形式。利用UG软件建立优化后模型，导入有限元软件对车架进行自由模态分析，确保车架不会与车上零部件特别是动力总成发生共振，从而增加车架的可靠性。

（4）最后进行静力学分析，载荷以及约束根据已知条件进行施加，计算得到车架各点的应力以及位移，确保其满足条件。

1.4  软件介绍

1.4.1  HyperMesh简介

HyperMesh是美国Altair公司所研发的产品，是目前世界上领先的、功能比较全面的CAE软件，其应用的领域十分广泛，汽车、航空、医学等领域都有涉及，界面简单明了，操作方便，但是性能方面是其他同类分析软件无可匹敌的。

HyperMesh出彩的地方在于其前处理，行业内甚至专门用它来进行网格划分。相比其他有限元软件，以下几点可以说是它的优势所在：

（1）网格划分以及后处理效率高，有效减少分析时间，提高工作效率。