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基于多体动力学和有限元的麦弗逊悬架结构强度与动特性分析

作　者: 毛南海
导　师: 谢伟东；宁晓斌
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 麦弗逊悬架多体动力学有限元强度分析模态分析
分类号: U463.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 223次
引　用: 3次
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内容摘要

悬架是现代汽车上的一个重要组成部分,其结构强度与动特性对于汽车在行驶过程中的安全性有着至关重要的影响,它的失效对用户将是十分危险的。悬架是复杂的多体系统,其大部分构件的边界载荷条件很难通过手工计算或试验的方法获得。即使可以通过试验得到,其试验也非常复杂,成本也非常高。而通过建立悬架的多体动力学模型,并进行准静态仿真分析,可以获得比较精确的边界载荷条件,以便后续的有限元结构分析。对悬架进行结构强度分析,可以得到典型工况下其结构的应力分布规律和变形情况,还能进一步揭示各种载荷对悬架应力分布的影响,为疲劳强度分析、结构改进、确定应力测量时应变片的布置和合理进行疲劳试验等提供参考数据。本文针对万向集团提供的W1车型的麦弗逊前悬架,采用ADAMS与ANSYS相结合的办法,提出了基于多体动力学和有限元的麦弗逊悬架结构强度与动特性分析的问题。运用ADAMS/Car模块,建立了麦弗逊前悬架的多体动力学模型,并进行了仿真分析,针对不足之处进行了优化。在此基础上,针对轿车行驶的典型危险工况,对悬架进行了动力学分析,获得了三种典型危险工况下悬架构件的边界载荷条件。在ANSYS中建立了麦弗逊前悬架的有限元模型。通过对悬架的有限元静力分析,研究了悬架在三种典型危险工况下其静力学特性,结果表明悬架总体上具有较好的强度和刚度特性,存在一定的轻量化空间;通过对悬架的有限元数值模态分析,研究了悬架的固有振动特性,并将计算结果与汽车受到的激励频率进行了对比分析,其固有频率大于汽车的激励频率,不会引起共振。计算结果为深入研究悬架的动态响应,疲劳等问题奠定了基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题的研究背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状及发展趋势  11-13
  1.3 课题的主要研究内容  13-15
  1.4 本章小结  15-16
第2章麦弗逊悬架多体动力学建模与仿真分析  16-40
  2.1 引言  16-17
  2.2 多体系统动力学  17-20
    2.2.1 多体系统动力学方程的建立  17
    2.2.2 多体系统动力学方程的求解  17-20
  2.3 麦弗逊悬架多体动力学仿真模型的建立  20-26
    2.3.1 运动机构的分析  21-22
    2.3.2 建模参数的准备  22-25
    2.3.3 仿真模型的建立  25-26
  2.4 麦弗逊悬架车轮定位参数仿真分析  26-31
    2.4.1 前轮外倾角  27
    2.4.2 前轮前束角  27-28
    2.4.3 主销内倾角及主销偏移距  28-29
    2.4.4 主销后倾角及后倾拖距  29-30
    2.4.5 轮距变化量  30-31
  2.5 麦弗逊悬架车轮定位参数优化  31-36
    2.5.1 参数优化设计  31-32
    2.5.2 优化结果分析  32-36
  2.6 典型工况下悬架构件边界载荷条件的求解  36-39
    2.6.1 不平路面工况  37
    2.6.2 制动工况  37-38
    2.6.3 转向工况  38-39
  2.7 本章小结  39-40
第3章麦弗逊悬架结构强度分析  40-58
  3.1 引言  40
  3.2 麦弗逊悬架有限元模型的建立  40-48
    3.2.1 悬架材料属性的确定  40-41
    3.2.2 悬架建模方法的选择  41-42
    3.2.3 几何实体模型的建立  42
    3.2.4 单元选择及网格划分  42-45
    3.2.5 悬架构件间连接关系的处理  45-48
    3.2.6 悬架的有限元模型  48
  3.3 典型工况下麦弗逊悬架结构强度分析  48-57
    3.3.1 有限元的准静力学分析  49
    3.3.2 不平路面工况  49-51
    3.3.3 制动工况  51-54
    3.3.4 转向工况  54-57
  3.4 本章小结  57-58
第4章麦弗逊悬架结构模态分析  58-76
  4.1 引言  58
  4.2 有限元模态分析  58-63
    4.2.1 模态分析法  59-60
    4.2.2 模态分析的数学模型  60-61
    4.2.3 模态分析的步骤  61-63
  4.3 麦弗逊悬架结构模态分析的目的和意义  63-64
    4.3.1 悬架模态分析的目的  63
    4.3.2 悬架模态分析的意义  63-64
  4.4 麦弗逊悬架结构模态分析  64-75
    4.4.1 模态分析的类型  64
    4.4.2 模态提取方法的选择  64-65
    4.4.3 麦弗逊悬架的模态计算  65-73
    4.4.4 模态计算结果评价  73-75
  4.5 本章小结  75-76
第5章总结与展望  76-78
  5.1 研究总结  76-77
  5.2 工作展望  77-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
攻读学位期间参加的科研项目和成果  83

基于多体动力学和有限元的麦弗逊悬架结构强度与动特性分析

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