开题报告--车辆自载重测量装置中力学有限元分析

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1、 毕业设计毕业设计（论文）（论文）开题报告开题报告 设计设计( (论文论文) )题目： 车辆自载重测量装置中题目： 车辆自载重测量装置中力力 学有限元分析学有限元分析 一一 课题的意义与依据课题的意义与依据 1. 什么是车辆自载重测量装置 车辆自载重测量装置是一种对汽车自身载重情况进行测量的测量器。 该装置 的基本原理是采用激光测距传感器作为称重传感器， 并将该装置固定在钢板弹簧 的上端车架上来测量车架在装载前后距地高度变化来衡量车辆的载荷。 当车辆上加载载荷时， 支撑车架的钢板弹簧以及减震器的变形量也会随之变 化；不同的载荷，钢板弹簧和减震器的变形量是不同的。测距传感器检测出加载 荷前后车架

2、的变化量，并且将变化量转化为电信号，再经过滤波和 A/D 转换， 将模拟信号转变为数据信号，然后传送给单片机进行运算和处理，由显示设备将 车辆的载重情况显示出来。这样可以实时的检测车辆是否超重。本系统采用的激 光测距传感器，原理上与目前存在的称重系统有一定的区别。目前多采用电容、 电阻式传感器，在复杂环境下易受到干扰。同时采用本系统结构简单，避免了目 前存在的车载称重系统结构的复杂化，对现有汽车的改装也更为方便。 2.力学有限元分析的优势及应用 有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理 系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作

3、用的元素，即单元， 就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元方法是结构分析的一种数值计算方法， 它在 50 年代初期随着计算机 的发展应运而生，并得到广泛应用。这一方法的理论基础牢靠，物理概念清晰， 解题效率高，适用性强，目前已成为机械产品动、静、热特性分析的重要手段， 它的程序包是机械产品计算机辅助设计常用方法库中不可缺少的内容之一在当 前科学技术及生产技术发展日新月异的情况下，市场的需求是瞬息多变的，机械 产品以多品种、小批量生产为主，这就要求新产品设计、制造周期短，质量高， 成本低，具有较强的竞争能力。 3. 车辆自载重测量装置中力学有限元分析的重要性 车辆自载重测量

4、装置通过在钢板弹簧附近的车架的测距传感器， 在测得钢板 弹簧的垂直应变；通过试验或理论计算得到钢板弹簧的相关系数，从而可以间接 测得簧载质量，进而计算出车辆载荷。 钢板弹簧的相关系数的确定需要严谨的理论计算， 有限元分析的方法对结构 力学方面的计算是非常精确的， 也是非常权威的。 一些大型的有限元分析软件如： ANSYS 有限元分析软件在结构力学方面的精确度是是很高的。 钢板弹簧是汽车中广泛应用的弹性元件, 刚度是其重要的物理参量。因此, 在产品试制出来之前,如何更准确的计算其实际刚度就成为大家共同关心的问 题。传统的计算方法, 如“共同曲率法”和“集中载荷法”等均存在一定的局限 性, 在计算

5、中往往需要加入经验修正系数来调整计算结果。随着计算机的发展, 有限元法因其精度高、收敛性好、使用方便等优点逐渐被应用到板簧的设计中。 邹海荣等1应用有限元法分析了某渐变刚度钢板弹簧的异常断裂问题, 提出了 避免此种断裂的改进措施。胡玉梅等1针对某汽车后悬架的钢板弹簧应用 Ansys 软件分析了其静态强度特性, 给出了钢板弹簧在不同载荷作用下的应力 分布, 计算结果与试验符合的较好。 谷安涛2则讨论了应用有限元法设计钢板弹 簧的一般流程,给出了设计的示例。 有限元法的最大优点之一就是可以仿真设计对象的实际工作状态, 因而可 以部分代替试验, 指导精确设计。汽车钢板弹簧存在非线性和迟滞特性4。应用

6、 有限元法进行分析时需要考虑大变形及接触, 即需要同时考虑几何非线性和状 态非线性, 这将使得计算不容易收敛, 因而需要较高的求解技巧及分析策略。 二二 国内外研究现状国内外研究现状 近年来，国内外学者对车架的有限元分析进行了大量的研究，取得了大量的 研究成果。Ao, Kazuo 等人对利用有限元静态强度分析结果指导车架设计过程进 行了详细的介绍。 郑兆昌等人应用大型结构软件 SAP.SP 对车车架进行了动态分 析。提出了利用车架模态分析结果直接对结构动态特性进行评价的方法。 传统的钢板弹簧强度分析中，应用简化力学模型，基于材料力学的小挠度梁 的线弹性理论为基础进行计算。因为各簧片的计算十分复杂，人们常用的做法是 把问题抽象成简单的数学、力学模型，在一定的假设条件下进行计算。在对钢板 弹簧的垂直方向载荷的计算上，主要有以下三种常用的计算方法： 1）三角形板计算法。将各片弹簧假设为一个整体的三角形板，直接根据材料 力学中的纯弯载荷下的简支梁模型，并假设梁为小变形，即挠曲线很小以 简化应力计算，可求出各截面上的应力分布，但对各片的应力值要求得到 较准确的结