汽車轉(zhuǎn)向節(jié)有限元分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車底盤中的重要零件之一，它與汽車的懸架、前車軸、轉(zhuǎn)向系傳動機構(gòu)和制動器相連接，具有承受汽車前部載荷、帶動前輪實現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向等功能。本文在回顧了汽車轉(zhuǎn)向節(jié)研究現(xiàn)狀和趨勢的基礎(chǔ)上，應(yīng)用有限元分析技術(shù)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，以浙江省重大專項《多車型共享底盤平臺數(shù)字化開發(fā)技術(shù)及應(yīng)用》為背景，分析了某汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)、約束與載荷情況，開展了轉(zhuǎn)向節(jié)的強度分析、模態(tài)分析和優(yōu)化設(shè)計等研究。論文的主要工作和成果如下：
　　 1.在ANSYS中

2、利用APDL語言建立了轉(zhuǎn)向節(jié)的分析計算模型。在ANSYS軟件中利用APDL參數(shù)化建模方法，建立了轉(zhuǎn)向節(jié)分析的幾何模型，采用10節(jié)點四面體單元SOLID92進行網(wǎng)格劃分，并以多點約束單元MPC184處理了各類邊界條件和載荷施加。所建立的轉(zhuǎn)向節(jié)分析模型抓住了轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)的特征，反映了結(jié)構(gòu)的特點和約束載荷狀況；所編寫的APDL程序具有易讀性、可修改性和配套性等優(yōu)點，為實際應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
　　 2.利用ANSYS結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析模塊進行了

3、轉(zhuǎn)向節(jié)強度分析。在對轉(zhuǎn)向節(jié)約束、載荷進行分析的基礎(chǔ)上，按照汽車行駛中三種典型工況的名義載荷計算方法，利用ANSYS結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析模塊得到了各種工況條件下的應(yīng)力云圖與變形圖，并分析了各種工況下轉(zhuǎn)向節(jié)的受載情況和應(yīng)力分布，結(jié)果表明該轉(zhuǎn)向節(jié)滿足強度要求。
　　 3.利用ANSYS結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析模塊進行了轉(zhuǎn)向節(jié)模態(tài)分析。在詳細研究模態(tài)分析理論的基礎(chǔ)上，利用ANSYS結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析模塊對轉(zhuǎn)向節(jié)進行了模態(tài)分析，計算并提取了轉(zhuǎn)向節(jié)的振動特性，

4、求出了轉(zhuǎn)向節(jié)的前十階固有振型和頻率，并對轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)生的模態(tài)特性進行了分析。
　　 4.利用ANSYS優(yōu)化設(shè)計模塊進行了轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究。以減輕重量為目標函數(shù)，以滿足強度、剛度、頻率等性態(tài)條件和幾何邊界條件為約束條件，選取幾何尺寸、坐標作為設(shè)計變量，建立了轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型，并利用ANSYS優(yōu)化設(shè)計模塊對轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)向拉臂、下支撐臺、下凸耳以及上端塊體等部位進行了結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化，并對改善轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)力集中提出可行建議。