摘 要

有限元分析软件是一种多用途的，这个软件可以被用在解决结构，流体，电场，电磁场和碰撞的有限元法的程序设计中。因此，它可以用在以下行业：航空航天，汽车，生物医学，桥梁，建筑，电子产品，重型机械，微机电系统，运动器材等领域。

车架是底盘系统的重要组成部分，车辆在行驶过程中，车架将承担连续的道路负载，而且还承受在发动机循环的工作时的负载和其他负载的影响，车辆的自重是整备质量的重要因素。因此，要提高低阶模态频率，选择重量轻的车架，在车辆的整体优化具有积极的作用。

在有限元分析和建模过程中，利用PROE三维实体建模的方法，有限元理论，ANSYS有限元软件，PROE软件和ANSYS接口技术，有限元分析方法的前期和后期处理的基础。这项研究工作的准确完成，为后续工作做好技术援助。

关键词：车架；PROE；ANSYS；有限元分析；静力分析；模态分析；

Abstract

Finite element analysis software is a versatile, this software can be used to solve the structure, fluid, electric, electromagnetic fields and collision FEM program design. Thus, it can be used in the following industries: aerospace, automotive, biomedical, bridges, buildings, electronics, heavy machinery, micro-electromechanical systems, sports equipment and other fields.

   The frame is an important part of the system chassis, the vehicle in motion the process, the frame will assume continuous road load, but also bear in engine cycle work load and other loads of the vehicle's curb weight is an important factor. Therefore, to improve low-frequency modes, choose a lightweight frame, the vehicle has a positive effect overall optimization.

   In the finite element analysis and modeling process, using PROE three-dimensional solid modeling method, finite element theory, ANSYS finite element software, PROE software and ANSYS interface technology, finite element analysis method based on pre-and post-processing. Accurate completion of this research work, technical assistance for the follow-up work to do.

   Keywords: Frame; PROE; ANSYS; finite element analysis; static analysis; modal analysis;

目 录

Abstract II

目 录 I

第一章 前 言 1

1.1汽车车架简介 1

1.2国内外研究现状 2

1.3研究意义及目的 3

第二章 软件介绍 4

2.1 PRO/E简介 4

2.1.1 PRO/E发展综述 4

2.1.2 PRO/E软件优势 5

2.2 ANSYS简介 6

2.2.1 ANSYS优势及其发展趋势 6

2.2.2 ANSYS功能 7

第三章 车架的建模 8

3.1 车架的简化 8

3.2 实体车架模型的建立 9

4.1 静力分析基础 12

4.2车架静力学分析模型的建立 14

4.3 悬架的模拟 18

4.4 载荷的处理 20

4.5车架静力分析工况及约束处理 21

4.6 满载弯曲工况分析 21

第五章 车架的模态分析 26

5.1 模态分析基础 26

5.2 模态分析步骤 26

5.3 后处理 27

第六章 论文总结 30

致谢 32

参考文献 33

第一章 前 言

1.1汽车车架简介

车架是安装发动机，底盘和车身的基础组件，车架是一个关键的承载部件。车架支撑发动机，离合器，变速器，转向器，货箱等，并忍受各种力和力矩。因此，该车架应具有足够的强度，有关机构安装在机架上的相对位置可以保持恒定，当汽车运行时，使之变形最小。车架应具有足够的刚度以保证足够的可靠性和使用寿命，使车架的主要零件在试验期间不会出现严重的变形和开裂。如果车架刚度不足，会引起振动和噪声，使汽车的行驶平稳性，操纵稳定性和可靠性下降。但是，车架的扭转刚度也不宜过大，否则会引起的车架和悬架系统负荷的增加，使汽车轮胎接地性变差，从而降低了通过性。因此，车架必须满足下列要求：

（1）车架的结构，首先应满足汽车布置的总体要求。在复杂的运行过程中，固定在车架上的各组成部分和零件之间不应该发生互相干扰。

（2）有足够的强度和刚度。在崎岖的道路上，车架在载荷作用下可能产生扭转变形与在纵向平面上的弯曲变形。这些变形会使安装在车架组件之间的相对位置发生变化，从而影响正常的工作。因此，该车架应具有足够的强度和刚度。

（3）车架结构应尽可能的简单，使安装在车架各部件拆装容易，以便于汽车修理。

（4）车架形状应尽可能与车身和各组件向配合，以降低汽车的质心，和较大的前轮转向角度，可以提高汽车的操纵稳定性和流畅性。

目前，根车架纵梁，横梁结构特点，汽车车架结构主要有3种：边梁式车架，中梁式车架和综合式车架。在车架中，最广泛应用的是边梁式车架。

边梁式车架的组成是由两根纵向梁和若干横梁，通过铆接或焊接连接成一个坚固的刚性框架。纵梁通常是由低合金钢板冲压成型，截面形状一般是槽钢，有的也有Z形或箱形断面。根据不同的形式和结构布局，纵梁可在水平平面和纵向平面做成弯曲的。横梁不仅承受车架的扭转刚度和轴承的垂直载荷，而且还可以支撑汽车的主要部件。通常，载货的卡车有5到6梁，有时甚至更多。边梁式车架的结构特点是易于安装驾驶室，车厢和一些特殊的设备和其他组件配置，有利于改装变化和多功能开发的汽车。因此，它被广泛应用于载货卡车和大部分的特种汽车。

1.2国内外研究现状

当今，对车辆轻量化和车辆强度的研究越来越精细，计算机应用也比较普遍，国内外汽车行业已经将有限元分析方法应用于车架强度计算。在国外，从60年代起就开始运用有限元法进行汽车车架结构强度和刚度的计算，R.J.Melosh, K.Kirioka和T.Hirata等人在70年代就在美国杂志上发表了一系列关于汽车有限元模型的文章。当前国外各大汽车公司利用有限元软件进行车架结构稳态分析、模态分析的技术已经十分成熟，随机激励响应分析、瞬态响应分析、噪声分析和碰撞分析等问题日渐成为他们研究的重点。

在汽车设计的早期阶段进行试验测试是费时和昂贵的，为了降低成本，通过软件数值模拟的方法来进行优化设计显得越来越重要。2010年Ojo Kurdi等人使用子建模技术对锈蚀的卡车底盘进行有限元分析，实现了底盘的轻量化，提高了元件的使用寿命，节省了开发成本同时提高了开发效率。