农用三轮车车架结构设计与性能分析导 师：孔胜利答辩人：李新宝专 业：机械设计制造及其自动化论文概况• 选题的目的和意义• ABAQUS软件的基本介绍• 车架的结构形式与功能要求论文概况• 车架的几何模型• 车架建模和静态分析• 总结与展望选题的目的和意义• 近几年来，随着农村经济的快速发展，农用三轮车在农村 迅速普及，由于它是在拖拉机基础上发展起来的一种机动 运输工具，其构造简单，时速较慢，活动范围在乡村道路 ，使用对象是农民，主要用途除农忙时悬挂农机具进行耕 、犁、耙、播、收、灌、打药等作业外，农闲时还可用于 农副产品、农用物资和农民生活必需品的运输，在农村经 济发展中起着不可替代的作用机架是农用动力三轮车的主要承载部件 ,工作中既要支 承车上各部件的质量 ,又要承受发动机的动载荷和工作 载荷等 ,机架在保证车整机使用寿命和可靠性方面起着 重要作用所以在预测三轮车车架的性能就显得尤为 重要了 因此，为了能使农用车在保证安全和稳定的速度的情况 下，能够降低车身重量，节约材料成本，从而能够更 好的更多的为广大农民们服务，我们特此做了如下设 计分析 ：ABAQUS软件的基本介绍• ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其 解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线 性问题。
ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形 状的单元库并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典 型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、 复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤 和岩石等地质材料作为通用的模拟工具， ABAQUS 除 了能解决大量结构（应力 / 位移）问题，还可以模拟其他 工程领域的许多问题• ABAQUS 为用户提供了广泛的功能，且使用起来又非常 简单大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易 的模拟出来例如，对于复杂多构件问题的模拟是通过把 定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项 块结合起来在大部分模拟中，甚至高度非线性问题，用 户只需提供一些工程数据，像结构的几何形状、材料性质 、边界条件及载荷工况在一个非线性分析中， ABAQUS 能自动选择相应载荷增量和收敛限度他不仅 能够选择合适参数，而且能连续调节参数以保证在分析过 程中有效地得到精确解用户通过准确的定义参数就能很 好的控制数值计算结果 车架的结构形式与功能要求• 本文分析的农用三轮车车架采用边梁式焊接框架结构，本 车架有其特别之处，由前后两部分组成，车架采用边梁式 双层结构,上层用于固定车厢和后桥,下层安装发动机和传 动系部件,车架由型钢和钢板焊接而成,不可拆卸。
根据设 计使用要求,车架应具有足够的强度、抗弯刚度及合适的 扭转刚度中间部位各梁采用空腹矩形截面结构型钢，由 三根纵梁、四根横梁和一些加强杆组成，三根纵梁的功用 主要是载重、传力横梁和加强杆的主要作用是增强车架 整体结构的稳定性，同时还具有承载、传力和增强车架强 度、刚度的作用• 其主要尺寸规格为:三根纵梁40mm X 80mm;后两根横梁 30mm X 40mm;前后部分连接处为五根40mm X 40mm杆 件;其余加强杆为30mm X 30mm纵梁厚度为6mm，其 余型钢壁厚为4mm，车架各部件之间采用焊接连接，结 构总长2400mm，宽度830mm • 如附图车架的几何模型车架的建模和静态分析• 运用有限元法对三轮车车架结构进行分析时，首要的任务 是建立三轮车车架结构的模型 • 1 Part(部件) • 用Part模块来生成分析所需的部件部件是模型中每一部 分的几何形体，它们是ABAQUS/CAE模型的基本构造块 当然首选是在ABAQUS/CAE环境中直接生成部件生成的图形如图 • 2 Property(特性) • 在Property模块中，用户生成截面和材料定义，并把它们 赋予（Assign）部件。
• 1、定义车架的材料材料编辑器中，45号钢为弹性材料，其杨氏模量值为 200Gpa泊松比为0.3. • 2、定义Beam截面 • 接下来创建车架各梁的横截面轮廓： • 截面一：box 0.04×0.04m，厚度t为0.004m； • 截面二：box 0.04×0.03m，厚度t为0.004m； • 3、截面特性赋予Frame部件• 3 定义装配件（Assembly）• 每一个部件都是面向它自己的坐标系的，是相互独立的 用户需要在Assembly模块中定义整个装配件的集合形 体 • 其方式是先生成部件的副本(instance),然后在整个坐标系 里对副本相互定位一个模型可能有许多部件，但装配件 只有一个 • 本例只需生成一个副本，ABAQUS/CAE对副本的定位操 作是把frame部件的局部坐标原点与装配件默认的坐标系 原点相重合• 4 分析步 • 在生成组件后，就可以切换到Step模块来配置分析进程， 该论文是车架的静力分析，它在进程中只是个单个事件， 只需要单一的分析步进行模拟分析由两步组成： • 初始步，施加边界条件即框架结构的约束 • 分析步，在框架结构的中心施加集中力。
• ABAQUS/CAE会自动产生初始步，但用户必须用Step模块 来生成分析步 • Step模块允许用户规定分析中任一步中的输出数据在电 动车车架 • Step模块建立中，施加集中载荷时，必须在Step模块生成 分析步，其步骤类型为static general • 5 施加边界条件和载荷 • 载荷和边界条件跟分析步是独立设置的，这意味着必须规 定边界条件和载荷是对哪个分析步起作用的现在分析步 已被定义，就应当用Load模块定义边界条件和载荷• 施加边界条件： • 在结构分析中，边界条件加在已知位移处，已知位移为零 时就称为约束，已知位移亦可不为零 • 进入Load模块，在第一个分析步中，车架的前端被夹持 住，后两端也被夹持住，然而必须在这一端上施加轴向力 ，所以前端被约束住 • 后两端也被约束，在第一个分析步中，对前端和后端集施 加适当的边界条件 • 施加载荷： • 在加完约束后就应当在结构的底部加载荷在ABAQUS 里，载荷通常是指从初始状态下使结构相应的各种因素， 本文以只考虑实车静止工况下的载荷 • 实车静载一一车架承受由车架自身质量和外加质量产生的 载荷，外加质量包括乘车人员和货物行李的质量、底盘各 总成及电机等质量。
车厢的自重及载重以面力的形式加到 车架的侧梁及加强杆上 • 6 车架结构有限元网格划分 • 7 提交工作（Job） • 完成了模型生成任务，便可以用JOB模块来实现分析计算 可以用JOB模块交互式的提交作业、进行分析并监控其 分析过程，可同时提交多个模块进行分析并进行监控 • 生成模型后，准备进行分析但可能有错误的数据或丢失 数据的情况，应进行数据检查 • 先确定Job Type设置为Full analysis，然后在Job Manager窗口的右边点击Submit来提交作业等分析完成 以后，Status列上的状态变为Completed，说明分析顺利完成 • 3.2.8 可视化（Visualization） • 可视化模块可将分析结果以图形的方式直观地表示出来 • 3.3 结果分析• 通过对计算结果的分析，可以得到车架的受力变形和应力 分布情况 • 1变形分布图• 车架受力以后的变形情况如上图所示从图中可以看到， 车架的最大位移出现在车架尾部横梁，最大位移量为 8.72mm，与后轮配合的车架部分的变形不大车架的前部 横梁与车架中部位移比较均匀，其位移量2.39mm • 2、应力分布图• 从上图车架静态应力分布情况来看，车架的前横梁焊接交 界处等部分的应力值较低，平均应力在31.2Mpa，材料没 有充分利用。
在车后部横梁的焊接点处，应力值较高，其 值为181.8Mpa,属于危险区域总结与展望• 本文利用功能强大的有限元分析软件ABAQUS为工具，建 立了以梁单元为基本单元的车架有限元计算模型 • 纵观全文，本文的主要工作及结论如下: • (1)在分析农用三轮车车架结构特点的基础上，进行了合 理简化，在Pro/e软件中建立车架模型; • (2)用梁单元对车架进行网格划分，定义了边界约束条 件，计算了实车静载时的载荷，完成了车架有限元建模; 总结了单元划分的原则及提高有限元建模精度的措施• 车架的有限元分析已有较长历史，但有很多地方值得改进 和更新，本人在前人的基础上做了一定的摸索，但是由于 课题时间及作者水平的限制，许多内容仍需进一步完善和 充实: • (1)加强有限元分析技术与试验的结合，提高仿真分析的精 度由于条件的限制，本文没有进行有关的试验今后需 要增加车架应力状态及动态模态的实测环节• (2)进一步完善分析模型，提高实用水平 • (3) 所作的优化分析，只是在结构截面尺寸上的优化，虽 然根据性能分析的结果进行了改进，优化效果仍受到限制 而现代设计专家认为，应该在应力约束下进行车架的结 构拓扑优化设计，即在给定外力及支承的条件下，确定连 续体的布局，同时满足各种设计要求，在确定拓扑的同时 确定结构的形状。
衷心感谢在百忙之中评阅我的毕业设 计资料和参加答辩的各位老师！谢谢 ！！！。