展，现已成为计算机辅助设计和计算机辅助制造的重要组成部分。近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造材料加工航空航天汽车土木建筑电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面增加产品和工程的可靠性在产品的设计阶段发现潜在的问题经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本缩短产品投向市场的时间模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费。当前，国外各大汽车公司利用有限元软件进行车架结构静态分析模态分析的技术已非常成熟，其工作重心已转向瞬态响应分析噪声分析碰撞分析等领域。特别是随机激励响应分析备受青睐，主要是因为它可用来进行车辆的强度刚度振动舒适性和噪声等方面的分析国外将有限元法引入到车架强度计算比较早，而我国大约是在七十年代末才把有限元法应用于车架的结构强度设计分析中。在有限元法对汽车车架结构的分析中，早期多采用梁单元进行结构离散化。分析的初步结果是令人满意的，但由于梁单元本身的缺陷，例如梁单元不能很好的描述结构较为复杂的车架结构，不能很好的反映车架横梁与纵梁接头区域的应力分布，而且它还忽略了扭转时截面的翘曲变形，因此梁单元分析的结果是比较粗糙的。而板壳单元克服了梁单元在车架建模和应力分析时的局限，基本上可以作为种完全的强度预测手段。近十年来，由于计算机软件与硬件的飞速发展，板壳单元逐渐被应用到汽车车架结构分析中，使分析精度大为提高，由过去的定性或半定量的分析过度到定量阶段。随着计算机软硬件技术的发展，特别是微机性能的大幅提高及普及，在微机上进行有限元分析已不再是很困难的事，同时有限元分析的应用得以向广度和深度发展。国外大型汽车公司经过近百年的汽车设计制造，在车架设计方面积累了丰富的试验数据和理论分析经验，形成了实用的结构设计数据库设计改正记录和设计规范。目前应用于车架开发上比较成熟的方面主要有刚度强度分析应用于整车大小总成与零部件分析以实现轻量化设计，分析各种振动噪声，包括摩擦噪声风噪声等机构运动分析等建立在分析和实验基础上的种优化方法为车架设计提供了多种实用的选择方案，使车架设计从经验设计到优化设计跨出了大步。纵观当今国际上软件的发展情况，可以看出有限元分析方法的些发展趋势与软件的无缝集成当今有限元分析软件的个发展趋势是与通用软件的集成使用，即在用软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。为了满足工程师快捷地解决复杂工程问题的要求，许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的软件例如和等的接口。有些软件为了实现和软件的无缝集成而采用了的建模技术，如软件由于采用了基于内核的实体建模技术，能和以为核心的软件如实现真正无缝的双向数据交换。更为强大的网格处理能力有限元法求解问题的基本过程主要包括分析对象的离散化有限元求解计算结果的后处理三部分。由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性与否，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却直没有得到改进，如对三维实体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型进行自适应网格划分，除了个别商业软件做得较好外，大多数分析软件仍然没有此功能。自动六面体网格划分是指对三维实体模型程序能自动的划分出六面体网格单元，现在大多数软件都能采用映射拖拉扫略等功能生成六面体单元，但这些功能都只能对简单规则模型适用，对于复杂的三维模型则只能采用自动四面体网格划分技术生成四面体单元。对于四面体单元，如果不使用中间节点，在很多问题中将会产生不正确的结果，如果使用中间节点将会引起求解时间收敛速度等方面的系列问题，因此人们迫切的希望自动六面体网格功能的出现。自适应性网格划分是指在现有网格基础上，根据有限元计算结果估计计算误差重新划分网格和再计算的个循环过程。对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展薄板成形等大应变分析的必要条件。由求解线性很小，所以从车架的整体结构上看，应力分布效果很好，不存在应力集中现象，强度要求符合。紧急制动工况在车辆紧急制动时，出现个向前的惯性载荷，是由车辆突然减速向后的加速度产生的。在此，假定车辆以的速度急刹车，在的距离完成制动，由此可以得出车辆产生的加速度为。约束处理和弯曲工况相同。图紧急制动工况形变图图紧急制动工况应力图从图中可以看到车架的最大变形出现在第四横梁上，最大形变量为，相对于车架的整体形变量非常小。最大应力,出现在钢板弹簧吊耳与车架纵梁连结处。并由应力图可以看出车辆紧急刹车时由于惯性的作用车架中部有向上的起伏，与实际情况是符合的。其他部位的应力分布都较小，与实际情况相符。④急转弯工况车辆在许多情况下需要急转弯，急转弯工况的分析对汽车车架的各方面性能都能有个更全面的分析。在分析中假定汽车以的时速匀速绕半径为的圆转弯，可以求得此时车辆具有的角速度为。图急转弯工况车架位移图图急转弯工况应力图从图可以看出在转弯时车辆由于受到离心作用车上的载荷会发生偏移，车架的侧会向上偏移，由图可以看出最大位移发生在车架中部的侧纵梁上，最大位移为。应力最大出现在车架钢板弹簧与纵梁连结处，最大值为，小于材料的许用应力，结构安全。车辆运行过程中弯曲工况和扭转工况出现最多，分析这两个工况的受力情况也是至关重要的。车架模态分析模态是机械结构的固有振动特性，每个模态具有特定的固有频率阻尼比和模态振形。模态分析般用于确定设计结构或机械部件的振动特性，即确定结构的固有频率和振型。为了在汽车使用中避免共振降低噪声确保安全可靠，需要知道结构振动的固有频率及其相应的振型。模态分析可定义为对结构特性的解析分析和实验分析，其结构动态特性是用模态参数来表征，这些参数包括振动系统的固有频率振型模态阻尼刚度和质量等。是承受动载荷的结构设计中的重要参数，同时也是瞬态分析谐响应分析谱分析的起点。结构动力性能分析方程无论处理何种问题，结构动力性能求解的基本方程都可以表示为,式中，为结构的整体质量阵为结构的整体刚度阵为结构的整体位移向量。设将式代入式中，得到﹙﹚求解式和式的过程，就是对结构进行模态分析的过程，通过求解这两个方程，可以得到结构的固有频率和固有振型。车架结构模态分析软件对车架结构进行模态分析的过程。选取命令选取，点击按钮确定。本文只提取车架模态的前十阶模态。模态分析类型选项设置的具体操作步骤为选取菜单命令在弹出的对话框中单击按钮，选择分析类型为模态分析选择弹出对话框后，将模态提取方法设为，模态提取数目，扩展数目，是否使用集中质量选项设为，点击按钮确定，如图所示图模态分析类型选项设置对话框在完成上述所有步骤之后，就可以对有限元模型进行求解，求解命令的菜单路径为。结果后处理选取菜单进入后处理器选取菜单列出固有频率注意由于本文采用的单位是因此列出的固有频率值必须乘以而所得的同有频率单位才是选取菜单读入第阶模态结果选取菜单将剩余的模态依次完成。各阶模态如下所示。图车架的第阶振形图车架的第二阶振形图车架的第三阶振形图车架的第四阶振形图车架的第五阶振形图车架的第六阶振形图车架的第七阶振形图车架的第八阶振形图车架的第九阶振形图车架的第十阶振形分析结果经过上述十阶振形的分析，可以得出车架的频率，各阶数值如下单位阶数频率阶数频率由上表可以看出车架的前十阶振形振动频率在之间，与发动机的爆发频率出现在发动机最大转速时，怠速频率左右出现在发动机怠速时，路面状况引起的垂直振动频率以下非簧载质量的振动频率都没有重合，即不可发生共振，车架的工作情况是安全可靠的。本章小结本章对所研究车架的静力性能进行了分析旨在验证车架的刚度强度是否符合安全性能要求，得到车架满载情况下弯曲扭转紧急制动急转弯四种工况下车架的位移图和应力图，由此得到了车架的静力性能。动力性能的研究，得出了车架的十阶振形，得到了各阶振形下车架的固有频率，与车架工作中遇到的频率没有发生共振现象，说明车架是安全可靠的。并且规范化了运用软件对车架结构进行静力和模态分析的步骤。通过对车架结构的静动态特性的研究，可以清楚地掌握车架结构的性能，实现对车架结构设计的效果进行评价。结论车架是汽车的基础，其不仅要固定汽车大部分部件的位置，而且还要承载车内外的各种载荷，不合理的车架结构不仅会带来安全隐患，而且还会对汽车的性能造成很大的影响。而设计和改进车架要以车架的承载特性作为基础，因此，深入研究和分析车架特性具有比较重要的意义。而采用技术，不仅可以节约设计成本，而且还可以有效提高设计质量。本课题以农用货车的车架作为研究对象，在利用软件进行实体建模后，利用软件，对车架进行了静态模态以及动态响应分析。通过对解放长头载货汽车车架进行静态分析分别对车辆在满载情况下弯曲扭转紧急制动和急转弯四种工况进行分析，得出了车辆在四种工况下的的位移及应力分布图，对车辆的基本运动形态和可能遇到的情况进行了模拟分析，对车架的应力集中和各部位的受力进行了模拟，为车架的设计以及车架的改进提供了有力的理论基础。动态有限元分析，也是对车架安全性的进步分析，得出的频率与发动机的怠速频率爆发频率路面的垂直振动均没有发生共振，说明车架是安全的。运用对车架结构的静动态特性进行了分析研究，并对分析过程步骤进行了规范化。通过分析，掌握了车架结构的特性，对车架结构进行了评价。为以后的工作中对汽车零部件的分析打下了良好的理论及方法基础。参考文献羊拯民汽车车身设计北京机械工业出版社谭继锦，张代胜汽车结构有限元分析北京清华大学出版社陈家瑞汽车构造北京机械工业出版社，贾广田，越野车车架有限元分析及结构优化设计，哈尔滨哈尔滨工