摘要：為檢驗車架設計合理性，文章利用UG軟件建立車架三維模型，運用ANSYS對車架剛度和自由模態(tài)進行分析，通過剛度分析計算出了車架彎曲剛度值和扭轉剛度值，通過模態(tài)分析驗證了車架在汽車怠速和正常行駛時能夠避免共振現象的發(fā)生。

關鍵詞：車架，剛度，模態(tài)分析

中圖分類號：U469.72文獻標識碼：A文章編號：1674-9545（2023）02-0038-（04）

DOI：10.19717/j.cnki.jjun.2023.02.008

車架是客車的主要安裝基體，承受著各種工況下的激勵作用，對整車起到支承作用，在車架設計時需要考慮車架的強度和剛度要求，以保證車架能承載規(guī)定載荷，避免車架因剛度不足發(fā)生變形引起各零部件發(fā)生相對位移，導致車輛不能正常運行，影響行車安全[1]。

1車架三維模型的建立

該客車車架由鋼板厚度均為5mm的2根縱梁和7根橫梁組成，縱梁長6.2米，橫梁寬0.85m。兩個縱梁都由槽型剛制成，第1、5、7根橫梁為槽型剛制成，第2、3、4根橫梁為薄鋼板沖壓而成。縱梁與橫梁由密制焊接連接，剛度足夠，文章將車架視為一整體進行研究。利用ug軟件，按照客車車架的大小建立幾何模型，如圖1所示。

2車架有限元模型的建立

2.1材料的屬性

這款客車的車架材料使用了16Mn的低碳鋼，在表1中顯示了這款車的材料屬性。

2.2有限元模型修整

把構架模板導出為iges模式，之后導入到ANSYS軟件中，針對普通客車底盤上梁槽的結構特征，對構架的模板進行了相應的優(yōu)化，第一是去除小于10mm的小孔，因為這種小孔對構架質量的提高作用不大，只會對局部結構造成整體質量降低，而小孔的存在對模型的有限元網格效果作用影響較大，網格質量又將直接影響分析可靠性，為了保證網格質量所以將其刪除。第二是刪去了車架上尺寸較小的倒圓，因為較小的倒圓對車架上有限元的網格質量影響較大，很容易出現很不合格網格，人工修復難度較大，所以為了提高網格質量并獲得合格的網格劃分結果，需要刪除較小直徑的倒圓[2-3]。

2.3網格的劃分

文章采用自動劃分網格，采用四方形網格且設置網格邊長小于10mm的網格，以獲得高精度的網格質量。獲得車架模型質量309kg，網格節(jié)點數83783個，單元總數83885個，車架有限元模型如2所示。

3車架的剛度分析

客車在不同工況下行駛受到各種復雜的載荷，車架在載荷作用下容易發(fā)生變形，車架抗變形能力的指標主要是車架的剛度，文章主要對車架的彎曲剛度和扭曲剛度進行分析。

3.1車架的彎曲剛度分析

車架的彎曲剛度是指車架載荷與所引起的車架最大撓度值之比[4-5]。將車架視為簡支梁，將垂直于簡支梁的力集中加載于梁的中點，如圖3所示，簡支梁在垂直方向發(fā)生的最大位移，也就是最大的撓度。將測量結果代入簡支梁彎曲剛度計算公式（1）就可以計算出結果。

3.2車架的抗扭剛度分析

車架的扭轉剛度通常指車架前后軸之間的扭轉剛度，一般用車架在扭轉載荷下的扭轉角來表示[6-7]。該客車車架結構上比較對稱，前后寬度相等，縱梁的截面積也彎曲完全一致，分析過程中可以把車架看成均勻扭轉剛度的梁來分析，車架扭轉示意圖由圖6所示。

4模態(tài)分析概述

汽車行駛時車架會遇到動載的作用，這會使車架會隨著動載的方向產生慣性位移，當車架收到多方向或多個有規(guī)律的作用力時，就會產生振動效應。結構模態(tài)分析技術是動態(tài)設計的核心技術，它從機件的整體出發(fā)，如在汽車舒適性、靜音控制、產品疲勞問題的研究中得到了廣泛的應用。文章用BlockLanczos法求解，這也是ANSYS默認的自由模態(tài)方式分析客車車架的方法，把分析軟件的閾值設為1，這樣分析結果顯示前十五階的模態(tài)振型，且固有頻率大于1。通過計算，前十五階固有頻率及最大變形如表2所示。

5結論

文章通過分析研究，計算出車架彎曲剛度值和扭轉剛度值，采用模態(tài)分析得到車架前十五階固有頻率，并通過驗算判斷車架能有效避免發(fā)動機怠速和常規(guī)工作轉速下的共振頻率，車架結構設計符合要求，后續(xù)還將開展各工況下車架強度分析，文章研究為車輛后續(xù)的載荷分布設置和車架強度設計等改進措施提供理論依據。

參考文獻：

[1]李軍，周敬勇，李勇.基于ANSYS軟件的農用車車架靜強度有限元分析[J].安徽職業(yè)技術學院學報，2019，18（4）：21.

[2]楊德勝，蔣清豐，劉慶，等.基于ANSYS的副車架結構強度及模態(tài)分析[J].制造業(yè)自動化，2019，41（9）：12.

[3]智淑亞，許牧天，李繼秋.基于ANSYS的車架有限元分析[J].金陵科技學院學報，2019，35（2）：1.

[4]任錦濤，李建軍，杜明軒.基于ANSYS的車架有限元模態(tài)分析[J].汽車實用技術，2019（10）：141.

[5]王海濤，肖平，時培成.基于ANSYS的某貨車邊梁式車架輕量化設計[J].陜西理工大學學報（自然科學版），2017，33（3）：5.

[6]郭建華.基于ANSYS Workbench的汽車車架靜力學分析[J].長春師范大學學報，2017，36（6）：20.

[7]李越輝，尉慶國.基于ANSYS的FSC賽車車架有限元分析[J].農業(yè)裝備與車輛工程，2012，50（11）：21.

[8]司景萍，韓璐，任慶霜.基于ANSYS的自卸車副車架結構模態(tài)分析[J].內蒙古工業(yè)大學學報（自然科學版），2011，30（3）：328.

（責任編輯羅江龍）