第５２卷第２期 ＶｏＩ．５２ Ｎｏ．２ 农业装备与车辆工程 ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ＆ＶＥＨＩＣＬＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ２０１４年２月 Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—３１４２．２０１４．０２．００５ 基于ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的本田节能车车架优化设计 吴鲁宁，鲁植雄，杨会亮，夏云浩 （２１００３１江苏省南京市南京农业大学工学院） ［摘要］利用有限元方法对本田节能车车架进行静态强度以及运动学仿真分析，运用三维软件Ｐｍ／Ｅ建立车架 ＣＡＤ模型，通过工程分析软件ＡＮＳＹＳ对其进行静态强度分析，获得车架的变形量和强度载荷，检验车架的结构 是否合理．并为其改进提供依据。通过改进，在原有基础上尽量符合轻量化的要求，使车架既能满足使用要求又 尽量减轻质量，对提高成绩有很大帮助。根据电脑仿真分析的结果，在施加相应载荷的条件下，车架的变形仅为 ０．３ ｍｍ，最大应力为２３ ＭＰａ．所选材料完全能满足设计及使用要求。经过优化后的车架变形仅为０．．０８ Ｂｉｎ，最大 应力仅为１５．７ ＭＰａ。 ［关键词］本田节能车；有限元；静态强度分析；ＡＮＳＹＳ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ［中图分类号】Ｕ４６３．３２ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１６７３—３１４２（２０１４）０２－－－００１４－一０４ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｏｎｄａ Ｅｎｅｒｇｙ－ｓａｖｉｎｇ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｆｒａｍｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ Ｗｕ Ｌｕｎｉｎｇ，Ｌｕ Ｚｈｉｘｉｏｎｇ，Ｙａｎｇ Ｈｕｉｌｉａｎｇ，Ｘｉａ Ｙｕｎｈａｏ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｃｉｔｙ，Ｊｉａｎｇｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ２１００３１，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｓｔａｉｔｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄａ］ｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃｆ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｃｎ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｔｈｅｃ￣．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ＣＡＤ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｙ．ｅ ｗａｓ ｓｅｔ ｔｐ ｂｙ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｐｌ０ｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｐｒｅ／Ｅ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃ ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｍａｄｅ ｂｙ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ．Ｆｉｎａ１１ｙ，ｔｈｅ ｄｅｆ０ｎｎａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｌｏａｄ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ，ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｔｅｓｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｉｔｓ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ．ｉｔ ｗａｓ ｔｒｉｅｄ ｔｏ ｆｌ ｅｅｔ ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ－ｗｅｉｇｈｔ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｂａｓｉｓ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ ｃｏｕｌｄ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｕｓｅ ｒｅｑｕｉｅｍｅｎｒｔ ｗＪ＇ｔｈ ｉｔｓ ｗｅｉｇｈｔ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｓ ｍｕｃｈ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ，ａｎｄ ｗａｓ ｏｆ ｇｒｅａｔ ｈｅｌｐ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｎ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｏｆ ｌｏａｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ ｆｒａｍｅ ｉｓ ｏｎｌｙ ０．３ ｍｍ，ｔｈｅ ｍａｘｉｎｌｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ２３ ＭＰａ，ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃａｎ￣ｏｍｐｌｌｅｔｅｌｙ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｕｓｅ．Ａｆｆ￣ｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒａｍｅ，ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｌｙ ０．０８ ｍｍ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ｏｎｌｙ １５．７ ＭＰａ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｈｏｎｄａ ｅｎｅｒｇｙ一－ｓａｖｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ；ｓｔａｔｉｃ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎａｌｙｓｉｓ；ＡＮＳＹＳ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ ０ 引言 车架是节能车各大总成的载体，是重要的受 手段．采用分片近似、进而整体逼近的研究思想求 解物理问题【ｌＪ。有限元法是Ｒ．Ｃｃｕｒａｎｔ于１９４３年首 先提出的［２１。由于它的通用性和有效性，有限元方 法在工程分析中得到了广泛的应用．已成为计算 机辅助设计和计算机辅助制造的重要组成部分。 有限元发展至今，已由二维问题拓展到三维问题， 力部件。节能车在行驶时受到来自路面的弯矩、扭 矩等各种复杂载荷，以及路面和发动机激励产生 的随机振动。车架性能的好坏将直接影响整车的 性能，因为在车架的设计过程中应确保车架有足 够的强度、弯曲和扭转刚度．并且考虑车架的振动 由静力学问题拓展到动力学问题，由结构力学拓 特性以避免各部件之间产生共振。以南京农业大 学第３代本田节能车车架为例．借助有限元分析 其刚度、强度以及模态等特性，为结构的改进设计 提供理论依据 有限元法是一种基于变分法而发展起来的求 解微分方程的数值计算方法．而方法以计算机为 项目来源：国家大学生创新实验项目（项目编号２０１３１０３０７０６８） 展到流体力学、电磁学、传热学等学科，由弹性材 料拓展到弹塑性、塑性、粘弹性、粘塑性和复合材 料［３１。自从提出有限元概念以来，有限元理论及其 应用得到了迅速发展．过去不能解决或能解决但 求解精度不高的问题，都得到了新的解决方案 。 不少国际著名的有限元通用工程分析计算程序如 ＡＤＩＮＡ，ＡＮＳＹＳ等完善扩充了弹塑性断裂分析用 有限元法功能ｌ５＿。 收稿日期：２０１３—１ｌ一２７ 修回日期：２０１３—１２－．０９
