基于ANSYS某半掛車優化設計

趙軒

摘要半掛車車身質量的減輕不僅可以節省材料，而且能提高整車的動力性和經濟性，并減少排放。運用ANSYS優化模塊對車架結構的輕量化設計進行了探討，并得出理想的優化結果。

關鍵詞半掛車；輕量化；ANSYS；優化設計

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0055-01

汽車的重量和汽車質量與能量消耗有直接的聯系，在同一種情形下，100 kg下每輛車的重量損失，每百公里油耗將降低0.4至1升，汽車自身質量減少10%，燃料消耗可降低8%到6%，廢氣排放量顯著下降。從司機的角度來看：汽車輕量化的改進，是將汽車的穩定性和噪聲及振動加速度提高了。從安全角度來看：碰撞慣性小，制動距離減小。因此，汽車技術的輕量化設計已成為汽車領域的研究熱點之一[1,2]。

1優化分析的一般過程

1）生成循環用的分析文件：參數化建模（PREP7）、求解（SOLUTION）、提取并指定狀態變量和目標函數（POSTI/POST26）。

2）在數據庫中建立與分析文件中變量相對應的參數。

3）進入OPT分析器，指定分析文件（OPT）。

4）設定優化變量。

5）選擇優化工具或優化方法。

6）設定優化循環控制方式。

7）優化分析。

8）查看設計序列結果（OPT）和后處理（POST1/POST26）[3]。

2優化前有限元分析

1）扭轉工況應力與位移分析。由圖1、圖2可以看出，在扭轉工況下，最大變形出現在懸空側的縱梁中前部，最大達到4.274 mm，小于技術協議中的經驗值10 mm。受到的應力方面，最大平均應力出現在左縱梁前部下翼板與牽引銷板向車架中心側接觸部位，達到93.8 MPa。小于預定的結構和材料的強度要求350 MPa。

圖1扭轉工況下的位移分布

圖2扭轉工況下的應力分布

2）模態分析結果。各階頻率與振型描述如表1所示。

表1前十階固有頻率

階數 固有頻率（Hz） 振型描述

1 5.367 車身沿X軸的剛性平動

2 16.683 車身一階扭轉振型

3 22.439 車身一階彎曲振型

4 24.894 車身二階扭轉振型

5 38.23 車身二階彎曲振型

6 47.263 車身扭轉+彎曲

7 54.247 車身三階彎曲振型

8 55.382 車身橫向彎曲振型

9 75.581 邊縱梁扭轉+彎曲振型

+彎曲

10 76.687 邊縱梁彎曲振型

3優化處理

1）強度約束。對于縱梁而言，主要承受彎曲應力，在垂直于地面的方向上的變形最大，通過有限元分析發現這個方向是受力最大的方向，底架材料16Mn的彈性極限是350 Mpa，強度狀態變量是[4]。

2）剛度約束。對于車架而言，為了讓整車和其他裝置能夠正常運行，應該在縱梁的最大彎曲撓度上進行控制，剛度狀態變量為。剛度的約束，本文設置Y方向上的位移，因為半掛車車后部分的Y方向的位移是最大的，因此在這個方向上進行約束是很有效果的。依據廠方提供的技術協議，剛度方面，

endprint

摘要半掛車車身質量的減輕不僅可以節省材料，而且能提高整車的動力性和經濟性，并減少排放。運用ANSYS優化模塊對車架結構的輕量化設計進行了探討，并得出理想的優化結果。

關鍵詞半掛車；輕量化；ANSYS；優化設計

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0055-01

汽車的重量和汽車質量與能量消耗有直接的聯系，在同一種情形下，100 kg下每輛車的重量損失，每百公里油耗將降低0.4至1升，汽車自身質量減少10%，燃料消耗可降低8%到6%，廢氣排放量顯著下降。從司機的角度來看：汽車輕量化的改進，是將汽車的穩定性和噪聲及振動加速度提高了。從安全角度來看：碰撞慣性小，制動距離減小。因此，汽車技術的輕量化設計已成為汽車領域的研究熱點之一[1,2]。

1優化分析的一般過程

1）生成循環用的分析文件：參數化建模（PREP7）、求解（SOLUTION）、提取并指定狀態變量和目標函數（POSTI/POST26）。

2）在數據庫中建立與分析文件中變量相對應的參數。

3）進入OPT分析器，指定分析文件（OPT）。

4）設定優化變量。

5）選擇優化工具或優化方法。

6）設定優化循環控制方式。

7）優化分析。

8）查看設計序列結果（OPT）和后處理（POST1/POST26）[3]。

2優化前有限元分析

1）扭轉工況應力與位移分析。由圖1、圖2可以看出，在扭轉工況下，最大變形出現在懸空側的縱梁中前部，最大達到4.274 mm，小于技術協議中的經驗值10 mm。受到的應力方面，最大平均應力出現在左縱梁前部下翼板與牽引銷板向車架中心側接觸部位，達到93.8 MPa。小于預定的結構和材料的強度要求350 MPa。

圖1扭轉工況下的位移分布

圖2扭轉工況下的應力分布

2）模態分析結果。各階頻率與振型描述如表1所示。

表1前十階固有頻率

階數 固有頻率（Hz） 振型描述

1 5.367 車身沿X軸的剛性平動

2 16.683 車身一階扭轉振型

3 22.439 車身一階彎曲振型

4 24.894 車身二階扭轉振型

5 38.23 車身二階彎曲振型

6 47.263 車身扭轉+彎曲

7 54.247 車身三階彎曲振型

8 55.382 車身橫向彎曲振型

9 75.581 邊縱梁扭轉+彎曲振型

+彎曲

10 76.687 邊縱梁彎曲振型

3優化處理

1）強度約束。對于縱梁而言，主要承受彎曲應力，在垂直于地面的方向上的變形最大，通過有限元分析發現這個方向是受力最大的方向，底架材料16Mn的彈性極限是350 Mpa，強度狀態變量是[4]。

2）剛度約束。對于車架而言，為了讓整車和其他裝置能夠正常運行，應該在縱梁的最大彎曲撓度上進行控制，剛度狀態變量為。剛度的約束，本文設置Y方向上的位移，因為半掛車車后部分的Y方向的位移是最大的，因此在這個方向上進行約束是很有效果的。依據廠方提供的技術協議，剛度方面，

endprint

摘要半掛車車身質量的減輕不僅可以節省材料，而且能提高整車的動力性和經濟性，并減少排放。運用ANSYS優化模塊對車架結構的輕量化設計進行了探討，并得出理想的優化結果。

關鍵詞半掛車；輕量化；ANSYS；優化設計

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0055-01

汽車的重量和汽車質量與能量消耗有直接的聯系，在同一種情形下，100 kg下每輛車的重量損失，每百公里油耗將降低0.4至1升，汽車自身質量減少10%，燃料消耗可降低8%到6%，廢氣排放量顯著下降。從司機的角度來看：汽車輕量化的改進，是將汽車的穩定性和噪聲及振動加速度提高了。從安全角度來看：碰撞慣性小，制動距離減小。因此，汽車技術的輕量化設計已成為汽車領域的研究熱點之一[1,2]。

1優化分析的一般過程

1）生成循環用的分析文件：參數化建模（PREP7）、求解（SOLUTION）、提取并指定狀態變量和目標函數（POSTI/POST26）。

2）在數據庫中建立與分析文件中變量相對應的參數。

3）進入OPT分析器，指定分析文件（OPT）。

4）設定優化變量。

5）選擇優化工具或優化方法。

6）設定優化循環控制方式。

7）優化分析。

8）查看設計序列結果（OPT）和后處理（POST1/POST26）[3]。

2優化前有限元分析

1）扭轉工況應力與位移分析。由圖1、圖2可以看出，在扭轉工況下，最大變形出現在懸空側的縱梁中前部，最大達到4.274 mm，小于技術協議中的經驗值10 mm。受到的應力方面，最大平均應力出現在左縱梁前部下翼板與牽引銷板向車架中心側接觸部位，達到93.8 MPa。小于預定的結構和材料的強度要求350 MPa。

圖1扭轉工況下的位移分布

圖2扭轉工況下的應力分布

2）模態分析結果。各階頻率與振型描述如表1所示。

表1前十階固有頻率

階數 固有頻率（Hz） 振型描述

1 5.367 車身沿X軸的剛性平動

2 16.683 車身一階扭轉振型

3 22.439 車身一階彎曲振型

4 24.894 車身二階扭轉振型

5 38.23 車身二階彎曲振型

6 47.263 車身扭轉+彎曲

7 54.247 車身三階彎曲振型

8 55.382 車身橫向彎曲振型

9 75.581 邊縱梁扭轉+彎曲振型

+彎曲

10 76.687 邊縱梁彎曲振型

3優化處理

1）強度約束。對于縱梁而言，主要承受彎曲應力，在垂直于地面的方向上的變形最大，通過有限元分析發現這個方向是受力最大的方向，底架材料16Mn的彈性極限是350 Mpa，強度狀態變量是[4]。

2）剛度約束。對于車架而言，為了讓整車和其他裝置能夠正常運行，應該在縱梁的最大彎曲撓度上進行控制，剛度狀態變量為。剛度的約束，本文設置Y方向上的位移，因為半掛車車后部分的Y方向的位移是最大的，因此在這個方向上進行約束是很有效果的。依據廠方提供的技術協議，剛度方面，

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