7140型客车车架的有限元计算及振动与疲劳分析

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汽车车架是整个汽车的基体,也是整个汽车的装配基础,并承受来自车内外的各种载荷。本论文以7140型客车车架为研究对象,将客车在静止和行驶状态下的力学工况抽象简化为四种工况,分析计算了客车车架在各工况下的强度、刚度,以及路面随机振动响应及随机疲劳等,为车架结构的合理性、减少结构质量以及失效原因,降低制造成本,提高车架的可靠性等提供了理论依据。本论文基于有限元理论,使用有限元软件ANSYS12.0建立了客车车架有限元模型,为车架后续分析建立了基础;分析了客车车架在满载弯曲工况、满载弯扭工况、紧急刹车、紧急制动四种工况车架受力特性,并计算获得车架在各工况下的应力与位移分布数据,并统计分析结果,得出车架应力区间分布比重,验证了车架的静强度及车架结构材料的利用率;对车架进行模态分析,得出车架前二十阶振动的固有频率和振型,为车架避免共振及为后续动态分析提供基础数据;采用模态叠加法计算车架在路面随机激励下的随机振动,得出客车车架随机振动的应力分布、位移振幅及车架最大振幅处位移、速度、加速度响应曲线,分析了车架的动态特性;利用随机振动的计算结果数据,根据高斯三区间法和Miner定律对车架进行了随机疲劳强度计算,验证了车架在路面随机激励作用下车架的疲劳强度。分析计算结果表明:车架在各工况下强度和刚度都存在过于富裕且材料利用率很低现象;在模态振型图中看出,车架的振幅主要集中在车架前段和末端,由于车架布置其他相配部件的要求,还需考虑改进车架结构,以使车架在动态下振动位移分配合理;在路面随机振动作用下,车架的振幅同样集中在车架前段和末段,且路面振动频率与车架第二阶固有频率发生共振耦合,需通过改进车架结构参数避免;通过随机疲劳分析,车架结构疲劳强度过于富裕,车架还可以进一步优化。本文通过分析,为车架进一步优化和车架改进设计提供了理论依据,并为同类产品设计开发提供分析方法。
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