中文翻譯：翼展車廂有限元分析與輕量化設計翼展式廂式貨車車廂骨架是重要的承載件，它的質(zhì)量也占貨車整車整備質(zhì)量的三分之一左右。車廂骨架的輕量化設計對減輕汽車的質(zhì)量有著非常重要的意義。本文就是通過對翼展式廂式貨車車廂骨架有限元的分析計算，尋求切實可行的車廂骨架輕量化途徑。 有限元法已經(jīng)成為現(xiàn)代汽車設計的重要工具之一，與傳統(tǒng)的設計方法相比，它的優(yōu)勢在于提高汽車產(chǎn)品的質(zhì)量、降低產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)制造成本，提高汽車產(chǎn)品在市場上的競爭力。為了促進廂式貨車車廂設計水平的提高，保證整車在市場上的競爭能力，必須將廂式貨車車廂有限元分析技術(shù)提高到戰(zhàn)略的高度上來。 廂式貨車作為耗油大戶，其節(jié)能與否已直接影響到我國整體的能源消耗水平，國家對此高度重視。由于汽車輕量化對節(jié)能增效的巨大意義，國際各大汽車生產(chǎn)商都在盡可能的情況下減輕車身質(zhì)量。汽車的輕量化設計技術(shù)已經(jīng)成為目前汽車研究領(lǐng)域的研究熱點之一。 由于貨車的使用條件十分惡劣，受力狀況非常復雜。骨架應有足夠的彎曲剛度，以使裝在其上的有關(guān)機構(gòu)之間的相對位置在汽車行駛過程中保持不變并使車身的變形最??；骨架也應有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性與壽命。骨架剛度不足會引起振動和噪聲，也使得汽車的乘坐舒適性、操作穩(wěn)定性及某些機件的可靠性下降。因此，如何設計出滿足使用要求的輕量化骨架成了一項具有挑戰(zhàn)性的工作。 本文利用有限元分析軟件 ANSYS 對某翼展式廂式貨車車廂骨架進行了分析和研究，討論了該骨架靜態(tài)時在純彎曲工況、彎扭工況、制動工況和緊急轉(zhuǎn)彎工況下的強度和剛度。分析結(jié)果表明，該車架的應力值小于材料的強度極限，滿足設計的要求，骨架變形不是很大，也符合設計要求。 本文還進行了車架的動態(tài)分析，主要是模態(tài)分析，它是結(jié)構(gòu)動態(tài)設計的核心，克服 了靜態(tài)方法的局限性，強調(diào)從結(jié)構(gòu)的整體考慮問題。通過對骨架進行模態(tài)分析，計算出骨架的模態(tài)振型與相應的固有頻率，通過固有頻率與振型從整體上考慮車架的局部強度問題。 改進設計可以使用各種方法，本課題在實際應用中發(fā)現(xiàn)，ANSYS 軟件中自帶的優(yōu)化模塊，用搜索可行域、進行循環(huán)計算的方法不適用于整個車廂骨架這種構(gòu)件復雜、尺寸繁多對象的應用。根據(jù)該貨車車廂骨架的特點，論文提出了幾種方案對骨架進行了輕量化設計。一些對強度、剛度影響小的構(gòu)件，直接進行改進，而一些重要構(gòu)件則進行了不同工況水平下的多次計算，從中尋求輕量化設計方案。計算結(jié)果表明，這種方法切實可行， 具有明顯效果。 通過對車廂骨架結(jié)構(gòu)的分析計算， 最后使質(zhì)量成功下降了 95.8Kg。 最后，以車架縱梁和橫梁截面尺寸作為設計變量，以車架總體積為設計目標，運用 ANSYS 優(yōu)化模塊對車架結(jié)構(gòu)的輕量化設計進行初步的探討。優(yōu)化的結(jié)果使得骨架自身重量減少，節(jié)約了原材料，降低了生產(chǎn)的成本，提高了汽車的燃油經(jīng)濟性，并且有利于環(huán)保。 本文的研究說明有限元法和 Ansys 軟件為骨架結(jié)構(gòu)及動力特性的仿真以及輕量化設計提供了良好的基礎理論及方法，借助于它們對骨架結(jié)構(gòu)的輕量化設計研究具有非常重要的工程價值。本文來自煙臺大學王其光翼展車廂有限元分析與輕量化設計