典型工况下轿运车架有限元仿真及频响特性分析

中置轴轿运车在轿车运输领域应用十分广阔，相较于普通轿运车，它有着运输安全性高、装卸车辆便捷等特点。作为中置轴轿运车的核心承载部件，轿运车架的安全性和可靠性是保障轿车安全运输的重要因素。为研究中置轴轿运车车架的动态静力和振动特性，首先，本文通过三维软件Solidworks建立了简化的中置轴轿运车架模型。然后，基于有限元方法，将其导入仿真软件Ansys Workbench中进行三种典型工况下的动态静力分析，对各种工况下轿运车架的应力分布和变形进行了详细讨论。最后，对轿运车架进行了预应力模态分析，分析了轿运车架的固有频率和振型，避免了与发动机频率重合发生共振，为进一步研究中置轴轿运车架的可靠性提供了参考。

随着轿运物流业快速发展，中置轴轿运车在商品车辆运输领域具有非常广阔的应用前景[1]。而中置轴轿运车的主要承载部位为车架，针对轿运车车架研究具有十分重要的意义[2]。

湖南大学的李伟平[3]分别对半挂牵引车车架的四种工况进行了动、静力学分析，并通过多目标优化算法对车架尺寸进行了优化，达到了轻量化的目的。山东科技大学的聂志峰[4]对某型号轿运车后举升机构进行了优化，并对新旧机构的五种不同工况进行了有限元建模与分析，提高了该机构的的举升效率。

湖南大学的单喜乐[5]利用变密度法对重型汽车车架进行了拓扑优化，后对优化后的车架进行了静力分析和多体动力学分析。

湖南大学的卢进海[6]对某三轴货车车架的扭转、弯曲、弯扭三种工况进行了静力学、动力学分析和模态分析，确定了车架的薄弱位置并校核了强度，明确了其频响特性。

本文以某中置轴轿运车架为研究对象，基于三维建模软件Solidworks 建立了轿运车架的简化几何模型，并通过有限元仿真软件Ansys Workbench 对其进行了三种典型工况下的动态静力分析和预应力模态分析。分析了轿运车架在匀速行驶、制动和扭转工况下的应力分布与变形情况，也对该轿运车架进行了预应力模态分析， 计算得到前六阶固有频率并于发动机的工作频率进行对比， 避免了车架与发动机共振， 为进一步研究中置轴轿运车架的可靠性提供了参考。

2. 轿运车架几何模型建立及载荷施加 本文以某中置轴轿运车架作为分析对象，首先，根据轿运车架的实物模型在Solidworks 中创建三维模型。由于轿运车架结构比较复杂，对有限元分析的可行性和效率有较大影响，因此需要对该模型进行一定的结构简化。具体包括去除了车架蒙皮、删除了小孔和小面以及将一些共用边线的截面简化为一个整体，简化结构后模型如图1 所示。在不影响反映轿运车架真实工作状况的条件下提高了有限元分析的效率。