1.研究目的及意义

在汽车总成中，车架是主要承载部件，它承载着发动机、底盘和车身等其它部件，可以说车架是汽车承载的脊柱，它的性能的好坏直接关系到车辆的承载性能以及整车性能因此，车架的强度和刚度在汽车设计中显得非常重要。车架刚度不合理，直接影响车身的结构可靠性、安全性、NVH(噪声、振动和平顺)性能等关键性指标。

汽车在复杂多变的路况上行驶过程中，车架在随机路面载荷或周期载荷作用下可产生复杂扭转变形以及在纵向平面内的复杂弯曲变形，当载荷较大时，还可能使整个车架扭曲成形。有限元方法是现代工程设计中一种有效、快捷的辅助工具。把有限元方法应用于汽车结构设计中，可以提高汽车静、动态特性和对车身、车架进行优化设计，缩短新车研发周期，节约研发费用，均有重要意义。通过车架有限元分析，可以在产品设计初期对车架的关键部位进行预测，找到结构的薄弱环节，提出合理的改进方案，还可以大幅度降低或最终取代部分试验。随着计算机软、硬件水平的逐步提高，将关键零部件的设计水平从寿命定性设计上升到寿命定量设计己经逐步成为可能。本论文正是基于此现实情况，应用计算机有限元分析技术对该车架结构进行仿真分析，此分析具有现实意义和理论价值。

2.国内外研究现状

汽车车架是汽车整体的关键部分，它承载着发动机、底盘和车身等其它部件，可以说车架是汽车承载的脊柱，它的性能的好坏直接关系到车辆的承载性能以及整车性能，由此可以看出车架的设计在汽车的总体设计中是非常重要^[1]。由于车架的受力随着车辆的行驶状况不同而发生变化，所以从来没有谁能计算出车架的所有受力，所以采用以往的力学公式的计算方法来计算车架的受力情况有很大的局限性。多年来工程师门一直在寻找一种更加简单、有效的计算方法来代替这种陈旧的方法。随着数学的发展，有限元的计算方法出现在人们的面前，工程师们很快发现有限元方法是一种可靠的计算方法。

2.1车架结构分析发展历史

在采用现代数学模型技术之前，通常所进行的结构分析仅计算某些特定构件，如车门铰链、传动系和悬架部件的应力。直到1956年，才出现一本关于车身工程的典型书籍，设计的验证完全依赖于实验室试验或试车场的经验，这有许多缺点，其中最重要的是需要等待造出样车以后才能开始试验。由于这是发生在设计周期的后期，故为实现根据试验结果而建议的修改往往要付出较高的代价。直至60年代中期广泛应用有限元分析方法之前，是用剪流板和加强梁组成的等效箱形结构去代替实际汽车的几何形状来进行结构的初步分析的^[2]。由此可看出，1970年以前，汽车结构设计师面临着采用传统方法所不能解决的问题，由于对结构的技术要求增加了，多样化了，如果仍采用实车试验来确定需要重新设计的部位，大大扩大产品开发周期。当时已有的分析工具仅限于各种零部件的材料强度计算，结构的整体性状只有在制作出汽车原型并进行试验之后才能预测。因此，汽车工业已迫切需要一种新的结构分析方法。

现代汽车结构分析是从车身一车架结构分析开始的，因为现代汽车的结构主要是由车架和车身组成的。早期的汽车结构分析主要是对汽车结构的经验判断和试验模拟。应用经典的力学方法进行零部件的材料强度刚度计算。而对车架这样复杂的大型连续弹性体来说，人们的解决方法就显得十分有限，很难能得到有意义的分析结构。车架整体力学特性只能在制作出样车后进行一系列的复杂试验得到^[2]。

1966年美国的汽车工业部门颁布了公路安全法案和国家交通与汽车安全法案，这个法规提出了最早的汽车安全标准。1970年以后，随着大型计算机的出现，标志着以分析验证为基础的汽车结构设计革命的开始。而1970年美国宇航局结构分析软件程序NASTRAN的出现，代表了一种新的计算功能，它是一个面向用户的通用的 结构分析程序。随着计算机技术的发展，有限元法已在当今工程分析中获得广泛应用。由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。现己成为计算机辅助设计和计算机辅助制造的重要组成部分。它能对工程中几何形状不规则、载荷和支撑情况复杂的各种结构及零部件进行变形计算和应力分析。因此，有限元法是进行现代车辆结构分析的有效而实用的工具^[2]。