摘 要

有限元分析是现代工程设计中一种快捷、有效地的辅助工具。在汽车、电瓶车结构设计中，它对提高汽车动、静态性能和优化车身、车架结构设计、缩短新车开发周期、节约开发费用均有重要意义。将可视化虚拟技术引入到车架设计领域，建立车架三维、数字化模型，利用ANSYS对其静态、动态特性、模态进行有限元分析，是实现汽车结构部件强度设计的有效手段。车架是汽车、电瓶车上重要的承载部件，车辆所受到的各种载荷最终都传递给车架，因此，车架的结构性能决定着整车的质量。

本文应用Catia软件对电瓶车车架及零件进行建模，用ANSYS Workbench软件进行了车架静强度分析，并对车架分析中出现的问题给予判定并提出解决办法，该分析结果可作为可靠性设计和车架结构设计优化的参考依据，从而对设计阶段预测，解决车架可能存在的问题或缺陷提供了参考依据，以达到解决问题的目的。

关键词：可视化虚拟设计；有限元分析；车架；CAD/CAE技术

The Application Of Virtual Visualizaion In The Frame Design

ABSTRACT

Finite element method is a modern engineering design in an effective,efficient auxiliary tool.It has important significance to improve the dynamic and static performance,optimize the body and frame structure design,shorten the development cycle and save the development cost in the structure design of electric vehicle.Attaching virtual visualization technology to frame design,establishing the 3D digital model of the frame and using ANSYS finite element analysis on the static and dynamic characteristics and model analysis are effective means to achieve electric vehicle structural components of strength design.Frame is an important bearing component of the electric vehicle,any variety of loads on the electric vehicle will be eventually passed to the frame, so the structure of the performance of the vehicle determines the quality of the vehicle.

This paper introduces an analysis model,which is developed with Catia software,on the static strength of moped frame.The model can conduct analysis on the static strength of moped frame with ANSYS Workbench software and provide judgment and solutions to the problems.The results provide reference to the reliability design and the structure optimization design for moped frame,and offer solution.It also offers reference to the forecast of possible problems during the design process and facilitates the solve of problems.

Key words：virtual visualizaion；finite element analysis；frame；CAD/CAE technology

目 录

1 绪论………………………………………………………………………………………………1

1.1 引言………………………………………………………………………………………1

1.2 课题的理论和实际意义…………………………………………………………………1

1.2.1 车架有限元的发展历史及研究现状………………………………………………1

1.2.2 运用CAD/CAE技术研究汽车车架的方法………………………………………2

1.3 结论………………………………………………………………………………………3

2 软件介绍…………………………………………………………………………………………4

2.1 ANSYS简介………………………………………………………………………………4

2.1.1 软件功能的介绍……………………………………………………………………4

2.1.2 前处理模块PREP7…………………………………………………………………4

2.1.3 求解模块SOLUTION………………………………………………………………5

2.1.4 后处理模块POST1…………………………………………………………………7

2.2 Workbench简介……………………………………………………………………………7

2.2.1 仿真协同环境………………………………………………………………………7

2.2.2 与传统ANSYS对比………………………………………………………………8

3 有限元理论及车架有限元模型的建立…………………………………………………………9

3.1 有限元分析方法的基础理论……………………………………………………………9

3.1.1 车架结构有限元分析类型…………………………………………………………9

3.1.2 有限元模型建立原则………………………………………………………………10

3.2 车架三维模型的建立………………………………………………………………………10

3.2.1 车架结构……………………………………………………………………………11

3.2.2 车架三维建模………………………………………………………………………12

3.3 车架整体有限元模型建立…………………………………………………………………14

3.3.1 模型的导入及材料属性设置………………………………………………………14

3.3.2 车架有限元分析的网格划分………………………………………………………17

4 车架模型静强度分析………………………………………………………………………………19

4.1 静强度结构分析的目的……………………………………………………………………19

4.2 电瓶车车架材料的物理性质………………………………………………………………19

4.3 载荷和边界条件的确定……………………………………………………………………19

4.3.1 最大前载荷工况……………………………………………………………………20

4.3.2 最大后载荷工况……………………………………………………………………22

4.4 车架静强度分析结果………………………………………………………………………23

4.4.1 最大前载荷工况车价分析结果……………………………………………………23

4.4.2 最大后载荷工况车架分析结果……………………………………………………25

4.5 结论…………………………………………………………………………………………27

5 车架模型有限元模态分析…………………………………………………………………………28

5.1 模态分析……………………………………………………………………………………28

5.2 各阶模态频率振型图………………………………………………………………………29

5.3 模态分析结果………………………………………………………………………………32

结论 ………………………………………………………………………………………………33

致谢 ………………………………………………………………………………………………34

参考文献 …………………………………………………………………………………………35

1 绪论

1.1 引言

电瓶车车架作为电瓶车的关键承载部件，支撑着电瓶、变速器、转向器等，承受着传给它的扭转、弯曲等多种载荷产生的弯矩和剪切力，同时受到来自路面和车桥的激振而产生振动，因此，车架应该有足够的强度，以使安装在车架上的相关机构的相对位置在汽车行驶过程中能够保持不变，并使得车身的变形最小；车架也应该有足够的刚度，以保证其有足够的可靠性和使用寿命。因而，车架的强度和刚度在电瓶车总体设计中显得非常重要。车架工作状态、结构和受力比较复杂，简化的力学模型很难进行合理的计算、设计，从而使车架设计进入到科学设计阶段。

1.2 课题的理论和实际意义

本课题名为《可视化虚拟设计在某型车车架设计中的应用》，采用CATIA软件建立车架三维模型，利用ANSYS软件对车架进行静态分析，来为车架的设计提供理论支持。本课题所参考的文献包括优秀硕士学位论文以及各类期刊专著中关于对不同型号车架进行有限元分析的文献，建立各种车架三维模型，运用ANSYS对车架进行有限元分析。在汽车、电瓶车行业中，有限元法广泛应用于各大汽车的总成，包括车架、车身、车桥、离合器、轮胎等零部件以及驾驶室噪声分析，而我们所需深入了解的车架的承载特性是车架结构设计改进和优化的基础，是确保整车性能优良的关键因素之一，利用有限元分析大大提高了汽车设计水平，提高了车架的稳定性和安全性，减少了试验次数，缩短了开发周期，已成为设计计算的强有力工具。车架承受行驶过程中所产生的各种力和力矩，为了整车行驶安全对车架的设计要求在足够的强度、刚度和稳定性下，尽可能质量轻、形状合理，并最大限度的减缓过渡区的应力集中。

1.2.1 车架有限元的发展历史及研究现状