某货车车架有限元分析

以某货车车架作为研究对象，首先使用UG对车架进行三维建模，并将该三维模型生成STP文件导入ANSYS中，然后采用有限元方法对该货车车架在多种工况下进行静力学分析，同时在此基础上开展模态分析。结果表明：该货车车架在不同工况下，均符合刚度和强度的设计要求，且不发生共振，该货车车架结构符合设计要求。

车架是汽车的关键承载部分， 它主要由横梁和纵梁组成。

大多数部件都会固定在车架上， 如驾驶舱、动力装置、储油装置和货物等。在汽车静止和行驶的过程中，车架一般会受到很多力和载荷的作用，最终会导致车架产生变形。出于对安全性和舒适性的考虑，因此我们有必要对货车车架进行有限元分析， 判断其是否满足刚度和强度的要求，以及是否会引起共振。

智淑亚[1]等人对车架的刚度理论进行了介绍，基于CATIA 对车架结构进行三维建模，通过ANSYS软件进行仿真并对其结果进行分析， 判断其刚度和强度是否在设计范围内。

王维伟[2]等人通过Hypermesh对车架进行建模并分析满载时车架变形和应力情况，在此基础上，使用Optistruct 进行优化设计，设计出车架轻量化的最优解。金璐[3]通过有限元分析研究车架在几种工况下的位移和应力情况，为车架的设计和优化改进都提供了依据。于志新[4]等人通过对车架进行模态分析并得到共振频率和对应的振型图，为避免共振提供了一定的理论依据。

本文主要研究的是某货车车架在几种基本工况下， 对车架施加载荷和不同的约束， 通过静力学分析， 求解出其对应的最大位移值、最大应力值和固有频率值，判断其刚度和强度是否超过材料所承受的极限值，以及是否会发生共振现象。

2. 材料与方法 本文研究的是某货车车架，其使用材料为B550L，材料属性如表1 所示。

Table 1. Material properties 表1. 材料属性 材料 泊松比 密度(kg/m3) 弹性模量(Pa) 强度极限(MPa) B550L 0.3 7.83 2.1 × 1011 400 对于该货车车架的有限元分析，本文提供的研究方法如下： 1) 研究该货车车架结构在不同满载工况下的受力情况； 2) 利用UG 建立三维模型并导入ANSYS 进行有限元分析，确定不同工况下的变形与应力情况； 3) 通过有限元分析的方法，对该车架进行自由模态的仿真，可以模拟出该车架前12 阶的固有频率以及其对应的振型图，判断其是否会发生共振现象。

3. 结构分析与模型建立 3.1. 结构分析 研究对象是边梁式货车车架，该车架采用槽型钢板，前后等宽，7 根横梁位于2 根纵梁之间，它们通过焊接连接在一起， 两两横梁之间有一定的距离， 横梁和纵梁截面均设计为槽型结构。

车架长7700 mm， 宽863 mm，高150 mm。车架结构简图如图1 所示。