实践证明，有限元法是一种有效的数值计算方法，利用有限元法计算得到的结构位移场、应力场和低阶振动频率可作为结构设计的原始判据或作为结构设计改进的基础。对车架设计的要求是：在保证足够的强度、刚度和稳定性前提下，尽可能达到质量轻、形状合理，并最大限度地减缓过渡区的应力集中。

近年来，国内外对汽车车架进行有限元的分析，主要集中在以下三个方面。

一、车架的应力分析

1． 力学模型的选择

有限元分析的基本思路，是用一组离散化的单元组集，来代替连续体机构进行分析，这种单元组集称之为结构的力学模型。如果已知各个单元体的力和位移（单元的刚度特性）只需根据节点的变形和连续条件与节点的平衡条件，来推导集成结构的特性并研究其性能。有限元的特点是始终以矩阵形式为数学表达式，便于程序设计，单元的剖分可以是任意的，对于任何复杂的几何形状，多样化的载荷和任意的边界条件都能适应。然而，有限元是一种数值分析方法，计算结果是近似解，其精度主要取决于离散化误差。如果结构离散化适当，单元位移函数选取合理，随着单元逐步减小，近似解将收敛于精确解。因此，正确建立力学模型是分析工作的第一步。

目前直接利用 ANSYS 软件的前处理功能建立其几何模型较为困难，一般利用 UG、PRO/E、SOLIDWORKS等三维应用软件建立车架总成实体模型，通过与 ANSYS 的相应版本通过专业数据接口对接，导入 ANSYS内后，通过前处理功能对导入的几何模型进行修复。在计算中，为了得到更加准确的车架有限元，并考虑车架在工作状态的受力情况，对车架模型进行局部的修改和简化，减少车架上大量的装配用孔和构件上的过渡圆角以减少网格数，提高计算精度。同时假设车架材料是各向同性材料，密度分布均匀，并且车架始终在材料的弹性范围内工作；假定车架为理想状态，不考虑材料的缺陷及焊接、加工、装配过程中形成的残余应力等。

在车架有限元的分析中，常采用的有限元计算模型有梁单元模型、板壳单元模型、实体单元模型等。采用梁单元对车架进行有限元分析进行离散，具有模型结构简单、占用计算机资源较少、计算速度快、适合进行动态分析等优点，该方法的缺点是建模误差大、对形状复杂的纵横梁模拟效果差、计算精度较低。目前车架各构件多采用薄壁梁，如槽钢、工字钢等，截面厚度与截面尺寸和构件长度相比要小得多，可将车架各构件看板壳组合而成，采用板壳单元来建立有限元模型。相对于梁单元模型，板壳单元模型在计算精度、应力分析功能、对设计修改的反映能力等方面都有很大提高。实体单元模型非常直观，精度最高，相对于板壳单元模型，其建模工作量大，并且没有单元实常数，不便于模型进一步地设计改进。无论从精度还是经济角度考虑，板壳单元是适合模拟车架结构的单元类型。

目前采用有限元分析模型一般有两种：梁单元模型和组合模型。梁单元模型是将车架结构简化为由一组两节点的梁单元组成的框架结构，以梁单元的截面特性来反映车架的实际结构特性。其优点是：划分的单元数目和节点数目少，计算速度快而且模型前处理工作量不大，适合初选方案。其缺点是：无法仔细分析车架应力集中问题，因而不能为车架纵、横梁连接方案提供实用的帮助。组合单元模型则是既采用梁单元也采用板壳单元进行离散。在实际工程中，由于车架是由一系列薄壁件组成的结构，且形状复杂，宜离散为许多板壳单元的组集，其缺点是前处理工作量大，计算时间长。

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