汽车制造毕业论文|轻卡整车有限元静力学动力学分析

应用PATRAN建立轻卡车架、悬挂、车身等整车模型，并施以合理的约束边界条件，在考虑各种载荷下对整车的静强度进行分析计算与评价，并提出了合理可行的改进建议和措施。为考察整车的动应力分布，通过在多体动力学软件ADAMS中构建整车的刚柔混合模型，并进行实际道路的模拟仿真，再利用其与NASTRAN的接口在NASTRAN中进行动响应计算，得到整车的动应力时间历程，从而为疲劳分析奠定基础。

在产品开发早期阶段应用CAE技术，仿真产品的各种性能来引导设计，提供产品品质验证并优化细节设计，最大限度的减少重复制作物理样机的次数，保证开发质量，最终达到缩短产品的市场化周期，缩短产品开发周期的目的。

针对全新开发的轻卡系列，利用MSC.NASTRAN软件对车身、车架的模态、刚度、强度进行分析计算，发现设计中存在的不足，并提出合理可行的改进措施，最终使整车强度和刚度满足要求。

1、 整车有限元建模

在构建有限元模型时，利用MSC.PATRAN软件良好的CAD接口，从外部输入UG、PRO/E三维模型，依据相关原则进行几何清理与简化，应用PATRAN的有限元前处理功能，通过建立单个零件有限元模型，最终形成整车有限元模型。整个模型单元725015个，节点589235。有限元模型见下图。

2、 整车静强度计算

汽车静止时车架只承受弹簧以上部分的载荷，它是由车架和车身的自身质量、装在车架上各总成的质量和装载质量所受的重力组成，其总和称为车架的静载荷。此次计算共提供两种工况。

弯曲工况：有限元分析过程中，要求有足够的约束条件以消除刚性位移，因此，约束前轮中心线位置上的节点的3个移动自由度、后轮中心线位置上的节点的2个移动自由度，作为整车约束。

扭转工况：在弯曲工况的基础上，按规范将右前轮抬高到某一数值。

计算得到的车身、车架应力云图如图2所示。

通过分析，发现车身最大应力部位主要位于前地板和中地板的凸起鼓包、曲率急剧变化处及某些支撑部位。经与设计人员讨论在不影响总布置的前提下，提出可行的改进措施，最终满足静强度的评价要求。

3、 车身模态分析

汽车在激励作用下，其振动是各阶模态振动的综合反映，起主要作用的是前几阶的整体模态，因此应着重分析前几阶模态。利用车身模态分析可以评估车身系统的动力特性；估计可能的载荷动力放大效应，指导后继的动力分析（瞬态响应分析、响应谱分析等），并为ADAMS生成MNF文件。去掉前6阶刚体模态，车身一阶模态见下图。

4、 动响应计算

车辆在实际使用过程中，受到来自路面、发动机等的动态激励影响。为考察整车的动力学特性，尤其是车身、车架等重要结构件的动态应力大小和分布，在多体动力学软件中构建包括车身、车架、悬架、前后桥、轮胎等在内的刚柔混合动力学仿真模型。其中的车身、车架等柔性体文件利用NASTRAN的SuperElement功能求解得到。通过在多体系统中完成随机路面、制动、加速、转弯等多种工况的仿真计算，再应用NASTRAN与其的接口，在NASTRAN中进行数据恢复，可得到结构的各动响应量（位移、应力、变形、加速度等）从而进行相关的评价。

图3、图4是整车在随机路面（国标D级，车速45Km/h）激励工况下，车身纵梁某节点应力时间历程曲线和地板在某时刻的动应力云图。