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某农用车车架静动态特性分析及结构优化

作　者: 花勇
导　师: 李尚平
学　校:
专　业: 机械设计及理论
关键词: 农用车车架有限元分析模态分析多体动力学结构优化
分类号: S229.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钦州某机械有限公司生产设计的农用汽车，该车型主要适用于城乡之间的中、短途运输。由于超载严重以及行驶路况恶劣，在使用过程中出现了车架垂直弯曲变形大，驾驶室振动大以及车架的纵梁出现裂纹等情况，严重影响了农用车的正常使用。为分析引起上述问题的原因，寻求合理的解决方案。本文对农用车车架进行了静、动态特性分析，在此基础上对车架进行了结构优化设计并最终提出车架的结构改进方案。本文通过将计算机辅助设计与有限元分析应用到农用车车架结构设计及优化中，完善车架的结构设计，使车架的性能满足使用的需要。首先将三维模型导入有限元软件HyperWorks之前对车架结构进行合理的简化，并以壳单元为基本单元划分网格，建立车架的有限元模型。在此基础上通过对车架在不同工况下(满载弯曲、满载弯扭、超载弯扭)的变形和应力分布的分析，发现车架局部存在应力集中的现象。并有针对性地提出车架结构修改的可行性方案。其次论文为研究车架的动态特性，运用有限元软件HyperWorks对农用车车架进行了自由模态分析。同时基于LMS Test LAB振动测试系统对农用车车架进行了模态实验，并提取了车架的模态参数，得到在低频范围内与有限元模态分析结果基本一致的模态频率和振型。从而验证了该有限元模型的正确性。然后利用多体动力学分析软件MSC.ADAMS建立了农用车的刚柔耦合仿真模型。并模拟农用车行驶在依据GB/T7031-2005机械振动——道路路面谱测量数据报告建立的C、D级路面以及搓板路和扭摆路面上。通过动力学仿真得到车架在这几种路况下的动态应力曲线，进而分析出在动态情况下车架的危险位置，分析结果与车架实际断裂位置相符。通过对车架的动应力分析为企业提出更加合理的结构修改建议同时也为车架的结构优化奠定了基础。最后利用尺寸优化的方法对车架关键零件进行了模态频率灵敏度、刚度灵敏度以及综合应变能指标灵敏度分析。综合利用静、动态分析与灵敏度分析结果，提出农用车车架的梁截面尺寸修改方案并对其进行了强度校核。本文通过对农用车车架的静、动态特性分析，为企业建立了车架的数值模型和相关分析数据，同时为今后车架结构的进一步优化改进和抗疲劳特性分析提供了参考，具有较强的学术价值和实用意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 课题意义  11-12
  1.3 国内外研究现状及水平  12-14
    1.3.1 国内车架研究现状  12-13
    1.3.2 国外车架研究现状  13-14
  1.4 本论文的研究的主要内容  14-16
第二章车架有限元建模  16-28
  2.1 引言  16
  2.2 有限元分析基本理论  16-20
    2.2.1 弹性力学基本方程  16-18
    2.2.2 薄板弯曲基本理论  18-20
  2.3 HyperWroks 工具简介  20-22
  2.4 车架三维实体模型的建立  22-24
    2.4.1 车架的主要参数  22
    2.4.2 车架模型坐标系的确定  22
    2.4.3 三维实体模型的建立  22-24
  2.5 基于 HyperMesh 车架有限元模型的建立  24-27
    2.5.1 车架模型的导入  24
    2.5.2 车架有限元模型的简化与中面抽取  24-25
    2.5.3 车架的网格划分  25-26
    2.5.4 有限元网格的优化  26-27
  2.6 车架连接的模拟  27
  2.7 本章小结  27-28
第三章车架的模态分析  28-37
  3.1 车架模态的有限元计算  28-30
    3.1.1 车架模态分析的基本原理  28-29
    3.1.2 边界条件的确定  29
    3.1.3 自由模态的仿真分析  29-30
  3.2 车架的模态实验  30-34
    3.2.1 模态分析简介  30
    3.2.2 实验系统和仪器设备介绍  30-31
    3.2.3 实验结构的支撑方式  31
    3.2.4 激励方式的选择和激励点的布置  31-32
    3.2.5 测试点的选择与安置  32-33
    3.2.6 实验数据处理及结果分析  33-34
  3.3 理论模态与实验模态对比  34-35
  3.4 计算结果分析  35
  3.5 本章小结  35-37
第四章车架的静力学分析  37-47
  4.1 静态分析理论基础  37
  4.2 悬架的模拟  37-38
  4.3 车架基本载荷的处理  38-40
  4.4 静态工况分析  40-45
    4.4.1 满载弯曲工况模拟  40-42
    4.4.2 满载弯扭工况模拟  42-44
    4.4.3 超载弯扭工况模拟  44-45
  4.5 车架改进方案的提出  45-46
  4.6 本章小结  46-47
第五章车架动力学仿真  47-64
  5.1 多体系统动力学仿真概述  47
  5.2 ADAMS 理论基础  47-48
    5.2.1 广义坐标选择  47
    5.2.2 动力学方程的建立  47-48
    5.2.3 动力学方程的求解  48
  5.3 车架动力学模型的建立  48-55
    5.3.1 MSC.ADAMS 仿真分析的基本步骤  48-49
    5.3.2 车架动力学模型的建立  49-54
    5.3.3 车架数学模型的建立  54-55
  5.4 车架动力学仿真分析及研究  55-63
    5.4.1 车架动态应力采样与仿真分析  55-56
    5.4.2 农用车车架应力分析  56-63
  5.5 本章小结  63-64
第六章车架结构优化设计研究  64-76
  6.1 结构优化设计概述  64-66
    6.1.1 结构优化的基本理论  64-65
    6.1.2 OptiStruct 结构优化的实现  65-66
  6.2 车架结构的灵敏度分析及优化  66-72
    6.2.1 结构灵敏度分析概述  66
    6.2.2 车架灵敏度分析  66-72
  6.3 车架结构优化改进方案  72-75
    6.3.1 车架结构优化改进方案  72-73
    6.3.2 车架结构优化改进方案校核  73-75
  6.4 本章小结  75-76
第七章结论  76-78
  7.1 全文总结  76-77
  7.2 展望  77-78
参考文献  78-81
附录  81-82
发表论文和参加科研情况说明  82-83
致谢  83

某农用车车架静动态特性分析及结构优化

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