注：表中的节点与图3-8相同，其中Ux、Uy、Uz为节点在x、y、z方向上的平移自由度，ROTx、ROTy、ROTz为节点绕x、y、z轴的转动自由度，“/”表示对其自由度进行约束。

（2）满载转弯工况加载

汽车满载转弯工况下，车架将受到侧向离心力的作用，从而产生侧向载荷。由于离心加速度的大小由转弯半径和汽车的行驶车速决定的，而且在转弯的时候必然会有减速的过程，所以还有减速加速度。作为近似计算，本文在横向（X轴负方向）施加了一个侧向加速度0.5g和纵向（Y轴正方向）施加了一个减速度0.5g以模拟转弯工况。此时，取动载系数为1.5。载荷的施加方式与弯曲工况相同。

图3-24 转弯工况下等效应力分布

图3-25 满载转弯工况下的应变分布

由图3-24可知，转弯工况下的最大应力仍在第五根横梁与纵梁的连接处，最大应力为105MPa，小于材料的屈服强度，安全系数也较大，为3.43，所以可以将车架纵梁厚度做适当的减少，这样，既可以保证汽车的正常行驶，也可以减小整车的质量，降低成本。

图3-25转弯工况车架变形形状

由图3-25可知，车架的变形主要发生在车架的后部，并向车架前端逐渐减小，车架的最大变形量为0.045mm，这主要是汽车在转弯时后轴发生严重的侧滑，后轮也会受到地面的滑动摩擦力作用，会发生“甩尾”现象所致。

Finite Element Analysis of 6470 SUV frame

Abstract

Most modern cars are used as vehicle skeleton frame, which is through the matrix. Most parts and assemblies of a vehicle（such as engine, transmission, suspension, steering, cab, containers and related control mechanism and so on）are all over the frame to a fixed location. The function of a vehicle frame is to support the connection parts, and to take from inside and outside the vehicle loads. So, the static and dynamic analysis characteristics of frame is not only the base of its structure design, improvement and optimization, but also one of the key factors to ensure that vehicle performance.

Finite element analysis has become an essential technology in the design of vehicle structure. As for compute-intensive and the analysis step，intuitive linear analysis of frame is very difficult. And ANSYS Finite element analysis software program can discrete elements into countless units to facilitate analysis, calculation and optimized results.

On this article, 6470 SUV frame is the objects to be researched to analyze and demonstrate CAD/CAE technique and its application in the design of automobile frame. Mainly as follows:

(1) Select a SUV models，Find and measure its main parameters;

(2)Establish the three dimensional model of the frame by Pro/E;

(3) Import the three dimensional frame model in Pro/E into ANSYS through the seamless connection  between Pro/E and ANSYS;

(4) Use the powerful finite element analysis for the frame element mesh, impose the appropriate constraints and loads and make the finite element static analysis of frame to check the strength and rigidity of the frame，

During the modeling and finite element analysis，a lot of research work about  the  three-dimension solid modeling method, mathematical basis of finite element theory, interface technology of finite element, late and early processing of finite element analysis method is done, preparing for the follow-up work to be done better.

Keywords: Frame, CAD/CAE; ANSYS; Finite Element Analysis; Static Analysis

3.5.3 满载制动工况分析

（1）满载制动工况的边界条件

汽车在行驶的过程中，由于行驶工况的变化，车辆经常会经历加速或减速的情况，所以有必要分析车架或车身结构在制动载荷条件下的强度指标。加速或减速会产生惯性力，由于惯性力的作用，车架将受到与行驶方向相反的纵向载荷，纵向载荷的大小取决于制动减速度的和汽车的载质量，惯性力的大小取决于制动减速度。本文主要是检验汽车在最大制动减速度下，制动力对车架产生的影响。此时的约束条件如表3.4所示。

表3.4  制动工况约束

注：表中的节点与图3-8相同，其中Ux、Uy、Uz为节点在x、y、z方向上的平移自由度，ROTx、ROTy、ROTz为节点绕x、y、z轴的转动自由度，“/”表示对其自由度进行约束。

（2）满载制动工况加载

本文以制动时前后车轮同时抱死的情况进行计算，在车架上施加一个纵向加速度来模拟制动工况。此工况下，载荷的施加方式与弯曲工况时一样，在此基础上，需要添加制动方向上的惯性力。由于制动减速度与地面附着系数成正比，因此取最大附着系数0.7，即在Y方向施加-0.7g的惯性力。汽车在制动的工况下，车速是一个逐渐减小的过程，故在计算时，取动载系数为1.5。

（3）满载制动工况求解及结果分析

加载完毕，对模型求解分析，得到满载制动工况下车架的应力及应变云图。如图3-21和图3-22所示。

由图3-21可以看出，制动工况下，最大应力值仍发生在第五根横梁与车架纵梁的连接处，最大应力约110MPa,比材料的最小屈服极限小，安全系数约为3.27，车架上其他个点的应力均小于材料的屈服极限，故车架刚度和强度还是能够满足要求的。

图3-21  制动工况下的等效应力分布

图3-22  制动工况下应变分布

由以上两幅图可以看出，制动工况下最大位移发生后托架处，大约0.038mm。这是因为后托架比其他部件薄，且在模拟制动工况时，有施加沿Y方向的制动加速度，导致后托架变形较大。整体看来，车架后端有上翘的变形形状，这也是由制动加速度引起的。

图3-23  制动工况下车架变形形状

3.5.4满载转弯工况分析

（1）满载转弯工况的边界条件

本文模拟汽车在左转时，车架的受力情况。汽车满载转弯时，约束条件如表3.5所示。

表3.5  转弯工况约束

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