ANSYS汽车车架在静载和动载下力学问题的有限元分析(3)
路面不平度对车辆给予的位移激励是车辆振动系统的主要振源，它在水平方向上表现为使车辆在行驶中受到行驶阻力的作用，在垂直方向上表现为使车辆在行驶过程中产生振动。现在人们对汽车驾驶环境以及驾驶的平顺性有越来越高的要求，汽车行业的发展在汽车舒适性方面继续进行研究和突破。汽车的平稳情况是车辆对路面位移激励的综合体现，不平整路面的激励所引起的车辆振动不仅影响汽车的行驶平稳性、、舒适性、安全性，也影响汽车众多零部件的疲劳寿命，无形之中使得汽车的使用寿命大大减少。因此，有着不少路面不平度对车辆振动影响的力学性能分析。获得较为准确的路面不平度等路面相关信息是进行道路-车辆振动系统的平顺性、舒适性分析和评估的关键。
1.2 拟采用的研究内容和方法：
1）运用商业有限元软件ANSYS建立汽车车架的有限元模型。
2）分析静载下汽车车架的静态特性，了解车架在静载下的应力分布和整体变形情况。
3）对车架进行模态分析，得到其固有频率，了解车架实体模型的固有特性，为之后的随机模拟的几种路面情况上汽车车架动态分析提供基础。
4）利用计算机MATLAB编程应用软件，拟合出几种标准路面的路面不平度的随机位移数据。
5) 对汽车车架在几种随机路面上进行动态振动分析，以得出汽车车架在随机路面位移激励影响下的应力、变形分析。
6) 对本课题所研究讨论的问题的研究结果进行分析与总结。
2 车架有限元模型
2.1 ANSYS建模
汽车车架有限元模型的建立曾尝试运用梁单元建立模型，将梁的截面设定为U字形梁，其实参数设置成模型CAD图纸所提供的数据。但考虑到上下方向上梁的接触问题，认为该单元不能较好的体现车架实体模型，而且精度方面严重不足。而对于板壳单元和实体单元，认为板壳能很好的表示车架实体模型，并且精度足以表示车架实体模型的变形情况。
1）材料单元为shell63。其实常数参数为0.005，即板的厚度为5mm。
2) 该车架模型的材料选择，经过查阅资料和分析，最终决定采用16Mn钢板材料。其弹性模量 ，泊松比为0.3。材料密度为 。
2.2 车架模型图纸尺寸
汽车车架模型CAD图纸给出的模型尺寸数据如图2.1所示，车架轮廓框架长7.9米，宽2.48米。
2.1 车架模型图纸
2.3 车架实体模型
通过计算车架模型各个关键点的坐标，最终建立完成该汽车车架的实体模型。如图2.2所示：
2.2 车架实体模型
2.4 模型离散规格
在用ANSYS有限元软件完成车架实体有限元模型的建立之后，即可对车架实体模型进行有限元离散。车架实体模型离散的时候尝试了离散规格尺寸为0.008、0.009、0.01、0.02时其单元节点数分别在200000、170000、130000、37000左右。在后续建模的计算中起先为了想要较高的精度选择了尺寸为0.01的离散方式，但在后面对模型计静载和动载分析的时候发现，由于硬件设备条件有限，计算13万单元节点的数据需要花大量的时间，并且存储数据空间也不够，从而改选离散规格为0.02的离散方式。
2.3为按离散规格边缘尺寸0.02的离散方式离散的模型局部图。
.3 车架模型离散局部单元图
3 载荷的确定
3.1 载荷的简化和假设
由于某些模型数据的不足，以及个人专业知识的有限，遂对车架实体模型所受载荷方面做出如下的简化和假设。
1） 车架上货物及设备的重量平均分散到与车架接触区域的每个节点上。