使用有限元方法分析电动城市汽车的单体横造框架结构的强度分析外文翻译资料

使用有限元方法分析电动城市汽车的单体横造框架结构的强度分析

摘要--设计底盘需要做元素模拟分析来获得电动城市汽车的底盘强度。本研究的目的是当有负载时使用有限元法获得城市电动汽车底盘模拟的结果(有限元法)。这项研究的过程是分为几个阶段进行,即:通过SolidWorks软件建模底盘和有限元软件仿真分析。单体横造框架是将要模拟静态加载先进行固定然后加载垂直力。单体横造框架将同时被前后悬挂夹紧。基于有限元模拟分析之后可以得出结论：到单体横造框架设计是安全的为止,框架仍然在弹性区内。

关键字- 电动城市汽车;强度分析;单体横造框架;有限元方法。

1.简介

电动汽车正变得越来越重要,因为它们不仅降低了噪音和污染,还可以用来减少对化石燃料的依赖,同时提供电力或能源[1]电动汽车是一种发展迅速,并能根据社会趋势即兴创作汽车模型的一种交通工具。底盘作为汽车的一个组件结构扮演了一个非常重要的角色。这是因为框架是运载汽车的主体结构和所有汽车主要组件安装的地方,比如车身、电动机等[2]。精确和强大的底盘结构将使车辆更加稳定,不容易损坏,经久耐用。对于这个建立在单体横造底盘上的能够承受它自己车辆的重量和乘客以及行李的重量电动城市汽车。

现代有限元分析的功能主要是在小卡的计算资源,在执行测试之前允许汽车制造商解决结构性问题,因此可以缩短总体设计和工程阶段[3]。底盘也强烈影响强度、稳定性和乘坐的舒适性。负载是决定了底盘力量

最重要的因素。然而更大的加载容易导致底盘疲劳和减少底盘的耐久性。

底盘是整车一个非常基本的部分。底盘是大部分汽车组件安装的地方,比如车身,电动机和传动系统。根据车辆底盘结构的负载可知,底盘获得静态和动态加载。通过确定接受静载荷的加载和计算隔层接收的底盘结构中的关键定位的位置来分析底盘结构组成中的这个静态负荷。

AI.理论研究

底盘是一个作为加强汽车车身构造来支撑车辆的重量和在车祸中的冲击载荷的框架,这样就可以保护乘客[4]。底盘通常是由钢制框架组成来支撑车身和汽车发动机的。底盘也是为了保持汽车的刚度,刚性,和不弯曲性。如果在材料上加载静态负载,那么它将变形[5]。底盘的主要组件是框架和发动机架。框架结构是一些棒与销或刚性接头相互连接的结构,该框架包含许多不同种的轴向力、横向力和力矩在主干上。另一种情况就是在两端连接销棒的框架的结构形式。对于这个位于连接点或关节杆上负载的框架，它只能够接受轴向载荷(2杆力)。发动机架作为在汽车中主要放置机器的地方也必须适应车辆的模型。它有几种类型的底盘：

首先,阶梯框架是用两根木棒组成，它主要用来支撑车辆和强有力的负载,而且它通常是根据交通来设计的运输工具。这种类型的梯子最常见的材料是轻钢框架材料。下面是一个使用现代梯子架在皮卡车和越野车[6]中的例子，从图1可以看出。

其次,管状立体框架使用各种圆管(有时也用方形管于因为它容易被相互连接，然而,圆形管有巨大的强度)。它在不同方向的位置，导致它的机械强度能抵抗来自多个方向的力。管道焊接形成了复杂的结构[7]。

这个框架在抗扭强度、重负荷以及强大的冲击载荷上有很好的屈服强度。这个设计确定了它的形状，适应于大多数SAE汽车竞争项目的准则，见图2甚至是一个小赛车也采用了这个标准。

第三,单体横造在车辆形状中是不可或缺的底盘结构,它有各种形状可以改变车身。底盘使用的材料是钢,而其他底盘使用的材料是钢铁与铝混合使用的材料,质量也会变得更轻。车辆的设计是运行在平坦道路上或者不是拥挤的道路上的，而不是去携带沉重的负载，它需要敏捷性,从而容易控制或者有更好的方向稳定性。常见的框架是由挤压在一起的板子和一般的车身所制成的(单体横造)[4]如图3所示。

第四,管道理论的直接应用顺序是主干。第一个想法是通过前后结构沿着汽车与管道相互连接。底盘骨架是一个广泛坚固的“骨干”部分。截面尺寸大约是200 mm x 150 mm[9],如图4所示。

第五,铝制底盘框架取代钢制车架底盘作为一个比单体横造钢框架轻40%的框架,但40%是更精确的[10]。这是一个铝制汽车底盘车架如图5所示。

从上面几种类型的底盘可以看出,电动汽车确定底盘的类型是城市单体横造底盘。因为这种类型的底盘,位置形状产生的机械强度能抵抗来自不同方向的力从而获得了坚固的结构。

BI.方法

A.底盘设计

这种电动汽车使用的是轻钢框架，而且设计时是使用的单体横造框架。汽车的车架是一种调整这些底盘与车身整体结构的形状。虽然它看起来像是一个它本身的整体框架,但实际上它是使用焊接的,焊接的结果是完美的形状,虽然看起来像没有焊接。它的材料是轻钢材料。其前后结构似乎是不可或缺的，如图6所示。

图7所示的是第一次利用solidworks软件的CAD模型来建立几何模型,下一个是在使用Ansys 14.5帧的材料,然后确定固定设置的几何结构,输入力的部分,运行网络过程,然后仿真结果。最终得出计算结果。正如在标签I中轻钢底盘车架形状所示的。

B .静态负荷分析

单体横造悬架的坚固性能意味着它能够吸收所有静态和动态载荷，相比悬架结构的挠度要小[8]。车身夹在前后悬浮静态垂直力的底部单体横造结构，如图6所示。浮标表示汽车的轴距和宽度[9]。

单体横造框架在8000 N的加载条件下,模拟的细节如下:电池负载是6 个电池 x 2、4公斤= 1440 N,850 N的司机重量和850N的乘客重量,然后司机和乘客的重量是1700 N,4000 N的车身重量和860N的踏板重量负荷。在电动汽车的重量上,电机位于汽车后面两个轮子之间，不使用动力传输系统，因此负载不被计算。包括所有加载负荷的静态分析计算。它的安全系数为1.5,然后在安全系数1.5的底盘上加载负荷[10]。

四、模拟和讨论

输出的是模拟一个巨大的由此产生的压力分布图,从最大应力分布和材料结构强度分析,是否它仍在安全收益率的范围标准内。使用bull;冯bull;米塞斯的理论根据材料的类型分析，在同一单体横造框架结构中将使用失效的标准。

确定几何结构,此功能设施给Ansys分析旨在设计一个模型，如图10所示。

网格是一个由计算机模拟辅助过程的一部分整体工程。网格影响结果的精度和收敛速度。确定网格模型见图11。总共使用了29004个元素。节点的总数是55484。通过使用Ansys模拟创建网格的自动网格功能。

ƒ 固定和支撑力。

先进行固定,然后支撑垂直力。固定夹在前后悬挂的单体横造框架[9]和提供的模型表面上加载8000 N。

ƒ 仿真的结果

总变形仿真结果表明,等效(冯·米塞斯)压力、正应力和剪切应力表示为:

基于等值应力分布如图13所示。最大的多变应力面积发生在后悬挂右侧加载等于12.2 MPa的负载。首先如果这个结构受到过载，这个识别的这一领域倾向于分裂。

最大挠度的发生是由于加载在图14所示的约为0.03毫米。仿真结果用红色表示距离最大值发生的连接顺序。

最大剪切应力的发生是由于如图所示的加载,图15为9.2 MPa。

最大正应力的发生是由于如图所示的加载，图16为7.9 MPa。

焊接的框架是由不同的厚板所形成的框架。用Solidworks构建这个几何模型，导入hypermesh建立有限元模型。同时,重量与质量元素组件是可以被替换的。动态分析的峰值力被认为是静态应力分析的负载。最后,有限元分析模型的节点和元素，如图13所示。框架材料是符合美国钢铁协会的1118的参数，如表1所示。方案解决之后,冯米塞斯应力等高线如图13所示。结果显示,高应力区域位于后悬挂的框架，在图13中大约是12.2 MPa。框架的高应力区主要是产生的影响,而丰富的产品专用高应力在后悬挂框架的右边。

图17显示了基于有限元法的分析结果。从这个结果看，它非常灵活的表示相比标准和剪切应力获得最大的价值是12.2 MPa。为了确保一个框架的有限元分析的有效性,对于模拟bull;冯bull;米塞斯压力是对比C. Yanhong与Z. Feng的替代框架[11],如图17所示(b)。根据对比,表明它们之间极限接近最大应力,可靠的有限元模型框架。

五：结论

在已经给予8000 N的负载在底盘上的基础下，底盘的最大弹性应力约为12.2 MPa,法向应力约为7.9 MPa,挠度约0.03毫米和剪应力为9.2 MPa。这项研究的结果是,与材料特性相比如果最大应力的压力是250 MPa,它可以得出一些结论：在底盘结构安全加载的条件加载静载荷,似乎最大应力仍发生在材料许用应力内。临界压力出现在运行计划的基础上，最大应力出现在后悬挂的右边。

基于数字模型的汽车底盘的研究设计和开发

摘要——数字模型(DMU)技术在现代制造企业中是新产品的开发和创新最重要的手段之一。DMU技术的应用有助于提高产品的质量,降低生产成本和缩短产品开发周期。在这部作品中,整个汽车底盘的DMU是构成独特特征的汽车底盘设计和开发。重点是DMU协调分析,包括干涉检查、拆卸和组装模拟、空间位置、结构强度和振动模态。本文还提供了一个最佳的和有益的其他复杂系统的设计和开发方法。

关键字--DMU;汽车;架子

1. 介绍
2. DMU的含义

多年来传统的3 d设计,物理模型(PMU)使得工程师拥有了可视化和直观的图像设计方案,在此基础上可以预制产品的功能分析,并进一步进行调查和验证设计方案可。然而自1990年,出现越来越多的快速更新的产品,PMU-based方法设计和测试新产品的很难满足要求,由于其开发周期长、参与成本高的传统制造、组装、测试和重新设计的过程。与此同时,随着CAD技术的快速发展,替代PMU的数字模型(DMU)是可行的。与PMU相比DMU技术可以实现相同的缩短开发周期和降低成本的功能。

只存在一种关于DMU是由零件组装的3 d模型的误解,这实际上只是初级的一步。根据从欧洲先进信息技术组织得出的定义,DMU是一个基于计算机模拟的一个真正的产品,实现不同的功能,以及提供模拟环境工程设计、制造、拆卸和维护的产品。DMU也作为公共平台支持工艺流程、信息传递和决策,从概念设计到维护服务覆盖了整个产品的生命周期[1]。

从上面的描述中,DMU是一个使用3 d CAD / CAE / CAM软件在计算机平台集成的数字模型的产品。DMU不仅定义了每个部分的几何尺寸,以及装配关系,还包括信息技术相关技术、公差、人力资源、材料、制造资源、成本等。在产品设计、生产和维护的过程中DMU配备了所需的所有功能,这样它就可以形成一个以信息交换为目的和决定整个产品开发过程以及整个产品生命周期的平台,从概念设计到维护服务之间[2]。

B. DMU的技术优势

基于信息技术，在整个新产品开发流程上DMU是合成科技。DMU的基础核心是CAD和多体系统动力学建模技术。近年来计算机可视化技术的不断发展，在友好的用户界面上提供了简单的DMU使用技术,同时计算速度和内存容量有很大的提高,使其更可行的和能负担得起的。如图1中所示,工程师可以建立一个完全在电脑上的数码产品模型,涵盖所有阶段的工业设计,产品设计,技术/工具的设计。DMU技术应用在3d数学模型的产品设计、评价、修改和细化过程中,并尽可能地适应取代PMU测试。基于原始设计来进行动态模拟,然后修改或改善。因此,通常实现一个新产品的成功开发只需要一个PMU测试。

AI.DMU设计和汽车底盘的开发过程

基于骨架模型和DMU的自顶向下的设计过程是底盘DMU的核心设计和开发过程。与传统的自底向上的设计过程比,自顶向下的设计过程在综合规划和详细设计之前,即在产品设计的初期阶段总体功能设计被认为是在顶层。在这种方法中,从顶层设计的装配结构,考虑到了位置和表达,在每个部分的功能和效应的背景下骨架模型进行整个组装，目的是为了从上到下抓住和连接目标设计与传输信息,以便更有效地进行后续的设计。

框架模式是产品设计信息的载体,是需要考虑的参数和推进不同部分之间关系的结构,这将在以后的阶段作为模型细节设计的基础。自从考虑到在骨架模型上的装配信息,并纠正一些可能出现在早期设计阶段的设计问题或缺陷。同时发现的后期设计问题也可以得到解决,通过修改骨架模型来实现自动更新相应组件和部件[3]。这种自上而下的设计流程已经广泛应用于一些汽车设计公司。除了联系设计、框架模式的另一个重要功能是动态模拟,这主要表现在底盘设计的整个过程。

在自顶向下的骨架模型的设计流程中可以发现如下三个主要阶段,如图2所示。

第一阶段: 骨架模型设计(底盘骨架模型的一般配置);

第二阶段: 零部件的详细设计(构建基于骨架模型的子模型)；

第三阶段：DMU测试和验证(虚拟装配和DMU协调检查)。

BI:底盘DMU结构

1. 底盘骨架模型的一般配置

在底盘装配中，底盘是由一些地下层产物部分的零件和组件组成的,从而确立了装配结构树。零部件的几何参数和位置可以调整,使用装配结构树来实现合理的总布置。组装结构的根节点是通用底盘装配,主节点由分部装配组成。对一些复杂的装配部件如转向总成的转向器,方向盘,转向轴等来说,有可能存在二级甚至第三级节点。父节点和子节点之间的连接是通过相应的参数,包括坐标参数、位置参数等。

底盘骨架的一般配置模式是建立在三维空间中。为了准确定位半成品,自然要建立底盘坐标系统和每个分部装配的坐标系

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