四座纯电动巡逻车车架有限元分析

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四座纯电动巡逻车车架有限元分析四座纯电动巡逻车车架有限元分析
李霞， 张三川， 余红洋
( 郑州大学 机械工程学院，河南 郑州 450001)
摘要:采用 SolidWorks 软件建立车架三维模型， 借助于 ANSYS 软件建立以体单元为基本单元的车架有限元模型
在此模型基础上， 进行有限元静力学分析和模态分析， 获得车架在弯曲工况和扭转工况下的最大等效应力和应变， 以及
其前10 阶固有频率和振型 结果显示:电动巡逻车车架结构满足材料的强度和刚度要求， 但其 1 阶固有频率和地面的
激励频率接近， 车架与外激励易产生共振， 需采取措施提高车架低阶固有频率 对双主纵梁结构的车架进行模态分析，
通过对比改进前后车架的低阶固有频率， 为车架优化设计提供了理论指导
关键词:电动巡逻车;车架;有限元分析;静力学分析， 模态分析
中图分类号: U469 文献标识码:A 文章编号:1001 － 2354(2011)12 － 0054 － 05
电动巡逻车是警务人员巡逻的-种交通工具， 其
车架是支承连接电动巡逻车各零部件 并承受载荷的
主要结构， 是整个电动车的基体， 电动巡逻车的绝大多
数部件和总成都是通过车架来固定其位置 因此， 车
架必须具有足够的强度与刚度， 同时应有合理的动态
特性以控制振动 有限元分析为复杂车架分析提供了
有效的分析手段 通过有限元计算分析， 能够在车架
设计初期全面了解该电动车车架在不同工况下的强度
和刚度状况， 确定车架的固有频率， 对车架的设计具有
-定的指导意义［1 － 3］
文中利用 ANSYS 软件对某电动车企业生产的-
款四座纯电动巡逻车车架结构进行了静态和动态分
析 通过静态分析， 获得各种工况下车架的应力和应
变情况， 了解该车架的强度和刚度， 找出应力分布的薄
弱环节， 为优化设计提供依据， 使优化后的车架的设计
布局合理 结构轻量化［4］ 通过动态分析( 模态分
析) ， 可以获得车架的振动情况， 以避免共振频率
1 电动巡逻车车架三维模型建立
应用 ANSYS 进行有限元分析时，ANSYS 带有自
建模功能， 但是功能有限， 只能处理-些相对简单的模
型 对于越来越复杂的模型， ANSYS 软件提供了其和
SolidWorks 等三维建模软件的接口， 可以利用成熟的
三维建模软件建立复杂结构的模型， 然后将其导入
ANSYS 软件 文中利用三维建模软件 SolidWorks 建
立四座纯电动巡逻车车架三维模型
文中研究的纯电动巡逻车底盘采用承载式结构，
由前桥 前悬架 前后减振器 转向系统 制动系统 车
底座 轮胎与轮毂 后桥 车架等组成 车架是主要的
承载体， 各种载荷通过骨架将力传递到车架的各部分，
使得整个车架都参与承载 该车架由角钢和矩形钢管
通过焊接连接而成
建模时， 为了模型能够在 ANSYS 软件中顺利进行
计算， 保证计算的准确性及减衅算规模， 在旧能如
实地反映车架结构主要力学特性的前提下， 尽量简化
其几何模型 故对车架作了以下简化及处理措施:
( 1) 区分承载件 辅助承载件和工艺装饰件， 省略
非承载件和工艺装饰件
( 2) 构件表面光顺化 构件表面上的孔 台肩 凹
部和翻边等酌情进行圆整光滑
( 3) 将连接部位很小的圆弧过渡简化为直角过
渡， 以提高整车模型的计算速度
( 4) 主从节点原则 对于位置较近的构件结合点
进行适当合并或采用 主从节点 的方式处理， 避免实
际计算中可能会导致的方程病态
( 5) 焊缝的处理 利用 ANSYS 布尔运算中粘结
( glue) 运算模拟实际的焊接
在对车架结构作以上简化处理之后， 利用 Solid-
Works 软件建立车架的三维模型 车辆其余部分质量
在进行有限元分析时以载荷的形式加载在车架上 建
模时， 采取先建零件图， 然后进行装配的方式 这种建
收稿日期: 2010 － 12 － 31; 修订日期: 2011 － 06 － 27
基金项目: 河南侍育厅自然科学研究计划资助项目( 2011B460014) ; 郑州市科技攻关资助项目( 10TTGS483 － 4)
作者简介:李霞( 1973 ) ，女，山东郓城人，讲师，博士， 研究方向: 新能源汽车轻量化 超声电机设计及应用， 发表论文10 余篇