基于ANSYS某半掛車優(yōu)化設(shè)計(jì)

趙軒

摘要半掛車車身質(zhì)量的減輕不僅可以節(jié)省材料，而且能提高整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，并減少排放。運(yùn)用ANSYS優(yōu)化模塊對車架結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并得出理想的優(yōu)化結(jié)果。

關(guān)鍵詞半掛車；輕量化；ANSYS；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0055-01

汽車的重量和汽車質(zhì)量與能量消耗有直接的聯(lián)系，在同一種情形下，100 kg下每輛車的重量損失，每百公里油耗將降低0.4至1升，汽車自身質(zhì)量減少10%，燃料消耗可降低8%到6%，廢氣排放量顯著下降。從司機(jī)的角度來看：汽車輕量化的改進(jìn)，是將汽車的穩(wěn)定性和噪聲及振動(dòng)加速度提高了。從安全角度來看：碰撞慣性小，制動(dòng)距離減小。因此，汽車技術(shù)的輕量化設(shè)計(jì)已成為汽車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[1,2]。

1優(yōu)化分析的一般過程

1）生成循環(huán)用的分析文件：參數(shù)化建模（PREP7）、求解（SOLUTION）、提取并指定狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)（POSTI/POST26）。

2）在數(shù)據(jù)庫中建立與分析文件中變量相對應(yīng)的參數(shù)。

3）進(jìn)入OPT分析器，指定分析文件（OPT）。

4）設(shè)定優(yōu)化變量。

5）選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。

6）設(shè)定優(yōu)化循環(huán)控制方式。

7）優(yōu)化分析。

8）查看設(shè)計(jì)序列結(jié)果（OPT）和后處理（POST1/POST26）[3]。

2優(yōu)化前有限元分析

1）扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力與位移分析。由圖1、圖2可以看出，在扭轉(zhuǎn)工況下，最大變形出現(xiàn)在懸空側(cè)的縱梁中前部，最大達(dá)到4.274 mm，小于技術(shù)協(xié)議中的經(jīng)驗(yàn)值10 mm。受到的應(yīng)力方面，最大平均應(yīng)力出現(xiàn)在左縱梁前部下翼板與牽引銷板向車架中心側(cè)接觸部位，達(dá)到93.8 MPa。小于預(yù)定的結(jié)構(gòu)和材料的強(qiáng)度要求350 MPa。

圖1扭轉(zhuǎn)工況下的位移分布

圖2扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力分布

2）模態(tài)分析結(jié)果。各階頻率與振型描述如表1所示。

表1前十階固有頻率

階數(shù) 固有頻率（Hz） 振型描述

1 5.367 車身沿X軸的剛性平動(dòng)

2 16.683 車身一階扭轉(zhuǎn)振型

3 22.439 車身一階彎曲振型

4 24.894 車身二階扭轉(zhuǎn)振型

5 38.23 車身二階彎曲振型

6 47.263 車身扭轉(zhuǎn)+彎曲

7 54.247 車身三階彎曲振型

8 55.382 車身橫向彎曲振型

9 75.581 邊縱梁扭轉(zhuǎn)+彎曲振型

+彎曲

10 76.687 邊縱梁彎曲振型

3優(yōu)化處理

1）強(qiáng)度約束。對于縱梁而言，主要承受彎曲應(yīng)力，在垂直于地面的方向上的變形最大，通過有限元分析發(fā)現(xiàn)這個(gè)方向是受力最大的方向，底架材料16Mn的彈性極限是350 Mpa，強(qiáng)度狀態(tài)變量是[4]。

2）剛度約束。對于車架而言，為了讓整車和其他裝置能夠正常運(yùn)行，應(yīng)該在縱梁的最大彎曲撓度上進(jìn)行控制，剛度狀態(tài)變量為。剛度的約束，本文設(shè)置Y方向上的位移，因?yàn)榘霋燔囓嚭蟛糠值腨方向的位移是最大的，因此在這個(gè)方向上進(jìn)行約束是很有效果的。依據(jù)廠方提供的技術(shù)協(xié)議，剛度方面，

endprint

摘要半掛車車身質(zhì)量的減輕不僅可以節(jié)省材料，而且能提高整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，并減少排放。運(yùn)用ANSYS優(yōu)化模塊對車架結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并得出理想的優(yōu)化結(jié)果。

關(guān)鍵詞半掛車；輕量化；ANSYS；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0055-01

汽車的重量和汽車質(zhì)量與能量消耗有直接的聯(lián)系，在同一種情形下，100 kg下每輛車的重量損失，每百公里油耗將降低0.4至1升，汽車自身質(zhì)量減少10%，燃料消耗可降低8%到6%，廢氣排放量顯著下降。從司機(jī)的角度來看：汽車輕量化的改進(jìn)，是將汽車的穩(wěn)定性和噪聲及振動(dòng)加速度提高了。從安全角度來看：碰撞慣性小，制動(dòng)距離減小。因此，汽車技術(shù)的輕量化設(shè)計(jì)已成為汽車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[1,2]。

1優(yōu)化分析的一般過程

1）生成循環(huán)用的分析文件：參數(shù)化建模（PREP7）、求解（SOLUTION）、提取并指定狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)（POSTI/POST26）。

2）在數(shù)據(jù)庫中建立與分析文件中變量相對應(yīng)的參數(shù)。

3）進(jìn)入OPT分析器，指定分析文件（OPT）。

4）設(shè)定優(yōu)化變量。

5）選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。

6）設(shè)定優(yōu)化循環(huán)控制方式。

7）優(yōu)化分析。

8）查看設(shè)計(jì)序列結(jié)果（OPT）和后處理（POST1/POST26）[3]。

2優(yōu)化前有限元分析

1）扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力與位移分析。由圖1、圖2可以看出，在扭轉(zhuǎn)工況下，最大變形出現(xiàn)在懸空側(cè)的縱梁中前部，最大達(dá)到4.274 mm，小于技術(shù)協(xié)議中的經(jīng)驗(yàn)值10 mm。受到的應(yīng)力方面，最大平均應(yīng)力出現(xiàn)在左縱梁前部下翼板與牽引銷板向車架中心側(cè)接觸部位，達(dá)到93.8 MPa。小于預(yù)定的結(jié)構(gòu)和材料的強(qiáng)度要求350 MPa。

圖1扭轉(zhuǎn)工況下的位移分布

圖2扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力分布

2）模態(tài)分析結(jié)果。各階頻率與振型描述如表1所示。

表1前十階固有頻率

階數(shù) 固有頻率（Hz） 振型描述

1 5.367 車身沿X軸的剛性平動(dòng)

2 16.683 車身一階扭轉(zhuǎn)振型

3 22.439 車身一階彎曲振型

4 24.894 車身二階扭轉(zhuǎn)振型

5 38.23 車身二階彎曲振型

6 47.263 車身扭轉(zhuǎn)+彎曲

7 54.247 車身三階彎曲振型

8 55.382 車身橫向彎曲振型

9 75.581 邊縱梁扭轉(zhuǎn)+彎曲振型

+彎曲

10 76.687 邊縱梁彎曲振型

3優(yōu)化處理

1）強(qiáng)度約束。對于縱梁而言，主要承受彎曲應(yīng)力，在垂直于地面的方向上的變形最大，通過有限元分析發(fā)現(xiàn)這個(gè)方向是受力最大的方向，底架材料16Mn的彈性極限是350 Mpa，強(qiáng)度狀態(tài)變量是[4]。

2）剛度約束。對于車架而言，為了讓整車和其他裝置能夠正常運(yùn)行，應(yīng)該在縱梁的最大彎曲撓度上進(jìn)行控制，剛度狀態(tài)變量為。剛度的約束，本文設(shè)置Y方向上的位移，因?yàn)榘霋燔囓嚭蟛糠值腨方向的位移是最大的，因此在這個(gè)方向上進(jìn)行約束是很有效果的。依據(jù)廠方提供的技術(shù)協(xié)議，剛度方面，

endprint

摘要半掛車車身質(zhì)量的減輕不僅可以節(jié)省材料，而且能提高整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，并減少排放。運(yùn)用ANSYS優(yōu)化模塊對車架結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，并得出理想的優(yōu)化結(jié)果。

關(guān)鍵詞半掛車；輕量化；ANSYS；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）12-0055-01

汽車的重量和汽車質(zhì)量與能量消耗有直接的聯(lián)系，在同一種情形下，100 kg下每輛車的重量損失，每百公里油耗將降低0.4至1升，汽車自身質(zhì)量減少10%，燃料消耗可降低8%到6%，廢氣排放量顯著下降。從司機(jī)的角度來看：汽車輕量化的改進(jìn)，是將汽車的穩(wěn)定性和噪聲及振動(dòng)加速度提高了。從安全角度來看：碰撞慣性小，制動(dòng)距離減小。因此，汽車技術(shù)的輕量化設(shè)計(jì)已成為汽車領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[1,2]。

1優(yōu)化分析的一般過程

1）生成循環(huán)用的分析文件：參數(shù)化建模（PREP7）、求解（SOLUTION）、提取并指定狀態(tài)變量和目標(biāo)函數(shù)（POSTI/POST26）。

2）在數(shù)據(jù)庫中建立與分析文件中變量相對應(yīng)的參數(shù)。

3）進(jìn)入OPT分析器，指定分析文件（OPT）。

4）設(shè)定優(yōu)化變量。

5）選擇優(yōu)化工具或優(yōu)化方法。

6）設(shè)定優(yōu)化循環(huán)控制方式。

7）優(yōu)化分析。

8）查看設(shè)計(jì)序列結(jié)果（OPT）和后處理（POST1/POST26）[3]。

2優(yōu)化前有限元分析

1）扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力與位移分析。由圖1、圖2可以看出，在扭轉(zhuǎn)工況下，最大變形出現(xiàn)在懸空側(cè)的縱梁中前部，最大達(dá)到4.274 mm，小于技術(shù)協(xié)議中的經(jīng)驗(yàn)值10 mm。受到的應(yīng)力方面，最大平均應(yīng)力出現(xiàn)在左縱梁前部下翼板與牽引銷板向車架中心側(cè)接觸部位，達(dá)到93.8 MPa。小于預(yù)定的結(jié)構(gòu)和材料的強(qiáng)度要求350 MPa。

圖1扭轉(zhuǎn)工況下的位移分布

圖2扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力分布

2）模態(tài)分析結(jié)果。各階頻率與振型描述如表1所示。

表1前十階固有頻率

階數(shù) 固有頻率（Hz） 振型描述

1 5.367 車身沿X軸的剛性平動(dòng)

2 16.683 車身一階扭轉(zhuǎn)振型

3 22.439 車身一階彎曲振型

4 24.894 車身二階扭轉(zhuǎn)振型

5 38.23 車身二階彎曲振型

6 47.263 車身扭轉(zhuǎn)+彎曲

7 54.247 車身三階彎曲振型

8 55.382 車身橫向彎曲振型

9 75.581 邊縱梁扭轉(zhuǎn)+彎曲振型

+彎曲

10 76.687 邊縱梁彎曲振型

3優(yōu)化處理

1）強(qiáng)度約束。對于縱梁而言，主要承受彎曲應(yīng)力，在垂直于地面的方向上的變形最大，通過有限元分析發(fā)現(xiàn)這個(gè)方向是受力最大的方向，底架材料16Mn的彈性極限是350 Mpa，強(qiáng)度狀態(tài)變量是[4]。

2）剛度約束。對于車架而言，為了讓整車和其他裝置能夠正常運(yùn)行，應(yīng)該在縱梁的最大彎曲撓度上進(jìn)行控制，剛度狀態(tài)變量為。剛度的約束，本文設(shè)置Y方向上的位移，因?yàn)榘霋燔囓嚭蟛糠值腨方向的位移是最大的，因此在這個(gè)方向上進(jìn)行約束是很有效果的。依據(jù)廠方提供的技術(shù)協(xié)議，剛度方面，

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