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1、郑州轻工业学院郑州轻工业学院 本科毕业设计（论文）题 目 基于 ANSYS 的汽车车架可靠性分析研究 学生姓名 刘傲鹏 专业班级 机设 06-5 学 号 200602010524 院 （系） 机电工程学院 指导教师 李育文（教授） 完成时间 2010 年 5 月 20 日 郑郑州州轻轻工工业业学院学院毕业设计毕业设计（ （论论文）任文）任务书务书题题 目目 基于 ANSYS 的汽车车架可靠性分析研究 专专 业业 机械设计制造及其自动化 班班 级级 机设 06-5 班 学学 号号 24 号 姓姓 名名 刘傲鹏 主要内容主要内容： ：1. 测绘得到一部车架的尺寸，在此基础上使用 Pro/E 建模。
2、2. 将实体模型导入 ANSYS，建立车架有限元模型。3. 通过对有限元模型的动静态分析，得出该车架的可靠性参数。基本要求：基本要求：建立正确的有限元模型对车架进行典型工况的静态和动态分析，并在此基础上 进行可靠性分析，得出车架的可靠性参数。主要参考资料：主要参考资料：1. 汽车可靠性工程基础 2. ANSYS10.0 有限元分析自学手册 3. ANSYS8.0 结构分析及实例解析 4. 汽车现代设计制造完完 成成 期期 限：限：2010.3.12010.6.10指指导导教教师师签签章章： 专业负责人签章：专业负责人签章： 20102010 年年 0303 月月 0101 日日基于 ANSYS
3、 的汽车车架可靠性分析研究摘 要本文以长春一汽轻型车厂生产的华凯牌 CA5160CLXYK28L5BE3A 型仓栅运输车车架为研究对象，对其进行了静力和模态分析，在此基础上研究了车架的可靠性。车架尺寸在河南名优汽配广场测得，一些重要参数通过网络查得。车架实体模型在Pro/E 中装配，然后通过接口导入 ANSYS 中。本文首先建立了以实体单元为基本单元的车架有限元模型，在此模型基础上进行弯曲和弯扭联合工况分析，得到了车架各工况下的应力分布，然后对车架进行模态分析，得到车架的各阶固有频率和固有振型，为以后的高级动应力分析做准备。最后，根据这些计算结果，找出车架最容易破坏的地方，通过这一部分的可靠度
4、研究来分析整个车架的可靠性。目前人们对使用这种方法进行的车架分析已有很多研究，但是对使用这种方法进行车架分析的过程及一些注意问题研究的还很少，所以就会导致刚入门的一些工程人员使用这种方法进行分析时走很多弯路，甚至得到的结果是错误的。本文通过对车架有限元结构分析来讲述分析的过程及注意事项，为有限元分析技术应用于车架设计提供了一种规范化的过程与步骤。关键词 Pro/E；ANSYS；静力分析；模态分析；可靠性Study on Reliability of Frame Based on ANSYSABSTRACTIn this paper, the static and modal of Changc
5、hun FAW Light Vehicle Production Huakai brand CA5160CLXYK28L5BE3A type truck frame is analyzed. Frame size is measured in Henan famous Auto Plaza, some important parameters through the network to look up. Frame solid model is assembled in Pro / E, and then imported into ANSYS. Frame FEM computation
6、model taking solid as basic unit is established. Based on this model, firstly, static is analyzed and the stress distribution of frame under various static working condition is attained; secondly, modal analysis of frame is carried out and natural frequency and modes of this frame is received， the d
7、ynamic stress analysis of future high-level preparation. Finally, according to the results, identify the most easily damaged parts of the frame, and then to evaluate the reliability of this part of the reliability of the entire frame.Now people use this method of frame analysis has been a lot of res
8、earch, however, the use of this method should be noted that very few people still study area, it will lead to a number of engineers has just started to use this method of analysis, taking many detours, and even the results obtained is wrong.Based on the frame finite element analysis to describe the
9、process of analysis and attention are matters for the finite element analysis technology to provide a standardized frame design process and steps.Keywords Pro / E; ANSYS; static analysis; modal analysis; reliability目 录中文摘要 英文摘要1 绪论11.1 课题的背景.1 1.2 论文选题的意义与目的.11.2.1 论文选题的意义.11.2.2 论文选题的目的.2 1.3 有限元法在
10、车架结构设计中的应用现状及问题.21.3.1 车架结构设计与分析的概述.21.3.2 车架结构有限元模型的形式.21.3.3 有限元法在车架结构分析中存在的问题.3 1.4 本文的主要研究内容.32 ANSYS 软件的介绍42.1 ANSYS 的主要功能.4 2.2 ANSYS 提供的分析类型4 2.3 ANSYS 的典型分析步骤52.3.1 建立有限元模型.52.3.2 加载求解.62.3.3 查看求解结果.7 2.4 本章小结.73 车架实体模型的建立.83.1 车架总体介绍8 3.2 Pro/Engineer 基本功能.8 3.3 模型的简化.9 3.5 Pro/E 使用经验.13 3.
11、6 本章小结.154 车架有限元模型的建立164.1 Pro/E 和 ANSYS 的连接.164.2 单位转换.174.2.1 单位转换的原因.174.2.2 单位制问题解决的办法.17 4.3 模型的导入.19 4.4 有限元模型的建立.19 4.5 Booleans 运算.224.5.1 未进行 Booleans 运算的分析结果224.5.2 Booleans 运算命令的选择25 4.6 干涉问题.254.6.1 装配体中有零件干涉将会出现的问题.264.6.2 装配体中零件间发生干涉后的解决方法.29 4.7 由于镜像命令而引起的模型损失问题.314.7.1 模型损失问题的描述.314.
12、7.2 模型损失问题的解决办法.32 4.8 本章小结.325 车架静力分析.335.1车架结构有限元分析的类型33 5.2SOLID92 单元简介33 5.3 汽车弯曲工况的分析345.3.1 求解.345.3.2 后处理.38 5.4 汽车弯扭联合工况的分析.405.4.1 求解.405.4.2 后处理.42 5.5 车架 ANSYS 静力分析经验.435.5.1 对象选择问题.435.5.2 施加面力问题.445.5.3 重力的方向问题.445.5.4 划分网格问题.445.5.5 单独查看某个零件结果的难题.45 5.6 本章小结.466 车架模态分析.476.1 模态分析的理论基础4
13、7 6.2 车架模态分析的类型48 6.3 两种状态时的结果对比分析526.3.1 两种状态时的固有频率.526.3.2 两种状态下车架的前十阶振型对照图.53 6.4 模态分析中的约束问题.64 6.5 模态分析中要不要考虑重力65 6.7 本章小结.667 可靠性分析.677.1 可靠性概述.677.1.1 可靠性发展简史.677.1.2 现阶段可靠性工作的特点.677.1.3 国内可靠性研究现状.67 7.2 常规设计与可靠性设计.67 7.3 ANSYS 可靠性分析功能687.3.1 蒙特卡罗法.687.3.2 响应面法.697.3.3 可靠性分析一般步骤.70 7.4 车架可靠性.7
14、07.4.1 该分析的假设.707.4.2 变量的确定.707.4.3 纵梁可靠性分析过程.71 7.5 本章小节788 论文总结798.1 所做的工作.79 8.2 需要进一步改进的地方.79致 谢80参考文献.811 绪论计算机的出现给社会带来了深刻的变革，同时也为工程结构的设计、制造提供 了强有力工具。汽车产业属于高科技产业，要设计生产出性能优越、安全可靠的汽 车，不应用计算机进行辅助设计分析是根本不可能实现的。因此，汽车的各个生产 设计部门都非常重视在设计制造过程中采用计算机技术。其中，用于结构设计中的 有限元法是近几十年发展起来的新的计算方法和技术，可以解决以往许多手工计算 无法解决
15、的问题，为企业带来巨大的经济效益和社会效益1。1.1 课题的背景当十八世纪即将卸下帷幕的时候，出现了一种当时人们都不屑的交通工具。可 是谁也没有想到它会发展的那么快，对现在人们的生活会有那么大的影响。这种交 通工具就是汽车。而当时人们最热衷的马车却早已不见踪影。 百年来的发展，现在的汽车已经超出了交通工具的范畴，正在朝着个性化的方 向发展。虽然如此，汽车的可靠性还是不容忽视的，如最近丰田汽车（Toyota）发 生的因制动脚踏板、电子制动主动系统所引发的召回门事件，在常人看来，一方面 是由于“丰田”的扩张过快，所造成了企业在发展的速度上无暇顾及发展过后的稳 妥质量把握问题；另一方面“丰田”的控制成本让世界感到惊讶。所以，在“丰田” 汽车质量问题在北美东窗事发之际，汽车的可靠性，俨然已经成为令人注目的大问 题。 现代企业为了发展，在产品的开发设计上就必须短开发周期，进而降低开发成 本，而利用有限元软件对产品进行分析正好满足企业的要求。特别是诞生于七十年 代的 ANSYS 软件，由于其出色的功能和几乎完美的计算而席卷了有限元大半个市 场。车架是汽车各总成的安装基体，它的功能是将发动机、底盘、车身等总成连成 一辆完整的汽车。在行驶中，它不但要承受汽车各总成的质量和有效载荷，而且
