【某汽車車架優化的仿真分析案例3300字】

某汽車車架優化的仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10420某汽車車架優化的仿真分析案例 168961.1車架尺寸優化流程 1314021.2車架尺寸優化結果厚度對比數據 4133441.3尺寸優化后車架數據對比 5189421.3.1車架自由模態數據對比 574431.3.2車架剛度工況數據對比 949811.3.3優化后車架強度分析數據對比 1062371.4車架結構改進及數據比較 13278221.1.1車架改進部位 13135851.1.2改進后強度工況數據比較 141501.5小結 16車架尺寸優化技術是汽車實現輕量化設計的重要技術之一，當今的尺寸優化技術是現代工程技術中一門新興的學科領域，也是工程運用廣泛的技術。尺寸優化在原有的結構的形狀特征與拓撲關系不變的情況下，只改變部件橫截面的尺寸達到輕量化的目標，通過CAE軟件計算分析出結構輕量化的最佳尺寸參數。在Optistruct尺寸優化的目標函數一般是模型質量最輕及模型體積最小作為優化，其優點是部件不必重新劃分網格，在車架結構原基礎上是易于實現約束設計變量和響應目標。在多數研究中，對模型質量做優化首先使用尺寸優化是最常用的，也是輕量化最常用的優化方法之一。本文的采用的尺寸優化是HyperMesh中的Optistruct求解器的優化功能模塊，通過Optistruct求解器對車架的部件壁厚參數進行優化，找到部件之間配合的壁厚尺寸得到最優解。求解器可以改變求解約束條件和求解響應目標，使設計車架處于更為符合真實的狀態。1.1車架尺寸優化流程車架的設計變量是模型中能夠改變數值以達到優化效果的變量。可以是密度、厚度、直徑等。前提是設計變量的選擇與目標函數相關，設計變量直接影響目標函數最有效果。把目標函數設為體積和質量，通過改變模型的部件壁厚尺寸，使模型剛強度整體表現符合約束條件時，目標函數得到最優解。設計變量的選取有一定的限制，控制在一定的合理的范圍內，以達到研究目的的同時，縮短計算周期。設計變量也有一定的變化范圍，這需要考慮產品的實際尺寸結構。關鍵是要在合理的范圍內變化。本文為了減少求解計算時間，把相同對稱一樣的模型中面和網格放在同一組塊的Components中，優化的變量厚度尺寸有41個變量，車架尺寸優化的主體如圖4-1所示，優化分為五個步驟。圖4-1車架尺寸優化的主體第一步離散參數設置，在使用求解器Optistruct在Analysis面板>選擇optization(優化)>discretedvs>name>from>to>increment（變化增量）>單擊create創建離散函數，最后點擊退出。圖4-2車架離散函數建立第二步設置車架尺寸變量范圍區間，在Analysis面板>optization>gauge>create>lowerbound輸入變量下限值>upperbound>perps選中車架優化的模型>ddvalid選擇前面建立的離散函數。圖4-3設置車架尺寸變量第三步創建響應條件，在Analysis面板>optization>responses>優化目標響應取名稱VO1>reponsetype>mass>create創建優化響應。如圖4-4所示，在此頁面創建相應約束，選擇staticdisplacement功能，選中模型中響應位移點，最后點擊create創建。圖4-4車架質量響應創建圖4-5車架約束響應創建第四步建立尺寸優化約束，在Analysis面板>optization>dconstraints>cnstraint>勾選lowerbound>upperbound設置數值>response選擇之前設置的響應>loadsteps選中相應的工況>點擊create創建。圖4-6車架尺寸優化約束響應建立第五步創建車架目標響應，在Analysis面板>optization>objective>min>response選中前面建立的mass質量目標響應>點擊create創建。圖4-7車架質量目標響應創建

1.2車架尺寸優化結果厚度對比數據表4-1部件尺寸優化數據對比部件編號原始厚度（mm）優化厚度（mm）部件編號原始厚度（mm）優化厚度（mm）DV121.5DV2232DV231DV2322DV321.5DV2423.5DV431DV2521DV532DV2622DV621DV2732DV722DV2843DV821DV2932DV931DV3022DV1033DV3131DV1122DV3222DV1223DV3323DV1321.5DV3433DV1442.5DV3521.5DV1521.5DV3643.5DV1621.5DV3731DV1721.5DV381.51DV1833.5DV3922DV1933DV4021DV2021.5DV4121DV2131原三維實體模型車架測重為質量由393kg，經過有限元軟件計算分析處理，優化車架部件壁厚車架質量下降至350kg，占原車架質量10.94%，達到輕量化的目的；車架最大位移及加載工況點的位移均有所下降。與原車架相比，整車的彎曲剛度和扭轉剛度大大提高，車架性能得到提高。

1.3尺寸優化后車架數據對比1.3.1車架自由模態數據對比表4-2尺寸優化前后車架自由模態數據階數優化前固有頻率優化后固有頻率711.2112.15811.7417.02925.3228.521027.5829.561130.8129.921231.9032.931339.6037.541441.5445.591546.9845.701651.2548.71圖4-8優化后第七階車架自由模態振型圖4-9優化后第八階車架自由模態振型圖4-10優化后第九階車架自由模態振型圖4-11優化后第十階車架自由模態振型圖4-12優化后第十一階車架自由模態振型圖4-13優化后第十二階車架自由模態振型圖4-14優化后第十三階車架自由模態振型圖4-15優化后第十四階車架自由模態振型圖4-16優化后第十五階車架自由模態振型圖4-17優化后第十六階車架自由模態振型原車架通過部件壁厚尺寸優化處理后模態數據與優化前數據比較，車架尺寸優化后低階第七階至第十階固有頻率有所提高，在高階第十一階至第十六階固有頻率有所下降，在汽車行駛時與不穩定因素低階頻率區域錯開，避開了路面產生的激勵頻率對車架的影響。1.3.2車架剛度工況數據對比圖4-18優化后車架扭轉工況剛度位移圖4-19優化后車架彎曲工況剛度位移車架尺寸優化后從自由模態和強度工況對比數據均有提升，車架模態在低階有提高，在高階有所下降，其中車架模態第九階25.32Hz頻率比優化前明顯提高了3.2Hz，在高階第十四階41.54Hz頻率比優化前大幅降低了1.05Hz。如表4-5所示車架彎曲扭轉剛度工況，最大位移和測力點最大位移均有下降，彎曲剛度提升到1395N/mm比原車架提高了108N/mm。表4-5車架優化前后彎曲扭轉工況數據對比名稱優化前彎曲工況優化后彎曲工況變化率優化前扭轉工況優化后扭轉工況變化率最大位移（mm）2.82.510.7%63.258.89.3%測力點最大位移（mm）右：2.3左：2.3右：2.1左：2.28.7%1.3%右：-32.1左：32.2右：-30.5左：30.65%5%優化后的彎曲剛度為：Κ=F施加載荷1.3.3優化后車架強度分析數據對比車架經過尺寸優化后，分析求解出結果后，找到out計算結果文件，將尺寸優化結果數據，修改模型尺寸厚度后進行強度分析。對車架局部集中應力進行標注。圖4-20尺寸優化后垂向工況應力圖4-20尺寸優化后轉向工況應力圖4-20尺寸優化后制動工況應力圖4-20尺寸優化后右前輪懸空工況應力圖4-20尺寸優化后左后輪懸空工況應力表4-6強度應力點數據工況應力點位置1（MPa）應力點位置2（MPa）應力點位置3（Mpa）應力點位置4（MPa）垂向工況422368380229轉向工況226167162109制動工況422178178101右前輪懸空231270203162左后輪懸空237270186162車架進行強度分析在分析垂向工況、制動工況、右前輪懸空及左后輪懸空應力均超過車架使用材料Q235A鋼的強度屈服值，車架安全系數到達不到使用要求，因此要對車架進行結構性能進行改進。

1.4車架結構改進及數據比較1.1.1車架改進部位車架在進行垂向工況模擬車架受到載荷系數為2g，此時車架四個部位受到的應力最大的，比其他四個強度工況的應力大，因此以垂向工應力為改進目標。改進應力點位置1和4對應力點位置1和4進行結構改進，車架前后支撐梁進行上移到大梁處，添加三角板加固，長為78mm，高為60mm，寬為46.3mm，加強筋高為329mm，長寬為28mm，厚度為3mm。如圖4-21所示。圖4-21車架應力位置1和4改進部位改進應力位置2和3對車架乘客支撐梁處，增多一根支撐梁部件，前部每根梁間隔328mm后部每個梁間隔295mm，修改厚度為2mm，使乘客載荷力分布均勻，減少局部應力，在接合處進行焊縫處理，增加支撐柱長為38mm，寬為25mm，高為48mm，四邊柱長為38.5mm，寬為18.5mm，高為40mm。如圖4-22所示。圖4-22車架應力位置2和3改進部位1.1.2改進后強度工況數據比較車架進行結構改進后車架質量為386kg，如圖4-23所示。與原車架質量393kg相比下降7kg，強度應力大幅度下降如表4-7所示。圖4-23結構改進后車架測重表4-7車架結構改進后應力點數據工況應力點位置1（MPa）應力點位置2（MPa）應力點位置3（Mpa）應力點位置4（MPa）垂向工況228173214120轉向工況1347810554制動工況1809310460右前輪懸空110125210117左后輪懸空97124209113圖4-24結構改進后垂向工況應力圖4-25結構改進后轉向工況應力圖4-26結構改進后制動工況應力圖4-27結構改進后右前輪懸空工況應力圖4-28結構改進后左后輪懸空工況應力車架經過結構改進后，強度分析的垂向工況，轉向工況、制動工況、右前輪懸空工況及左后輪懸空工況的應力均未超過車架材料Q235A強度屈服應力，車架使用安全性能系數大于1，表明車架