Roewe轿车前副车架设计
试验表明，这个理论对于脆性材料在三向拉-压应力状态下，且压应力（绝对）值超过拉应力值较多时大致符合。
3）最大切应力理论（第三强度理论）
该理论认为，塑性材料的滑移沿着最大切应力方向发生，在材料发生塑性屈服过程中最大切应力
?max起了关键作用。于是这个理论认为，只要结构危险处的最大切应力
?max达
到某个极限值时就会引起材料的塑性屈服。在单向拉伸试验中最大切应力在与试件轴成45°斜面上发生，屈服时极限切应力其值为：
?max??12??y2
在复杂应力状态下的最大切应力即：
?max??1??32
由上两式可得一般应力状态下塑性材料的屈服条件为：
?1??3??y
按照第三强度理论，建立的强度条件为：
?1??3?[?]
由试验结果表明，对于塑性材料，如常用的Q235钢、45#钢、铜、铝等，都适用此理论。
4）畸变能密度理论（第四强度理论）
结构受到力的作用后，其形状和体积都会发生变化，同时结构内部积累了一定的应变能。因此，积累在单位体积内的应变能即应变能密度包括两个部分：因形状（畸变）改变和因体积改变而产生的应变能密度。 畸变能密度
ud表达式为：
ud?1??6E[(?1??2)?(?2??3)?(?3??1)]222在单向拉伸试验中，当试件屈服时，即
ud??1??s，
2?2??3?0
时畸变能密度为：
1??6E
这一理论认为，材料发生塑性屈服的主要因素取决于畸变能密度。不论材料在何种应力状态下，只要畸变能密度坏条件可写为：
12[(?1??2)?(?2??3)?(?3??1)]??s222(2?s)ud达到极限值时，就会发生塑性屈服。所以第四强度理论的破
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上海理工大学本科生毕业设计（论文）
根据第四强度理论，建立的强度条件为：
12[(?1??2)?(?2??3)?(?3??1)]?[?]222
对于塑性材料，例如钢材、铝、铜等，第四强度理论比第三强度理论更符合试验结果。 镁合金作为塑性材料，其强度判定通常可以用最大切应力理论或畸变能密度理论。因此本课题中选用第四强度理论作为强度判定的依据。
3.2 前副车架所受载荷概述
前副车架关系到汽车操控、性能、安全、舒适等各个方面，因此在设计前要先了解清楚车辆在行驶时副车架所要承受的各种不同载荷。
汽车静止时，副车架只承受簧载质量作用，称之为静载荷。
汽车在行驶过程中，随着汽车的行驶条件（车速和道路情况）的变化，前副车架主要承受以下几种不同性质的动载荷。
1）对称的垂直动载荷
这种载荷时当汽车在平坦道路上以较高车速行驶时产生的，其值取决于作用在前副车架上的静载荷以及在其副车架上的分布，还受静载荷作用处垂直加速度的值的影响。这种动载荷会使前副车架产生弯曲变形。
2）斜对称的动载荷
当汽车在崎岖不平的道路上行驶时，汽车的前后几个轮子不在同一平面上，从而使前副车架连同车架一起歪斜，其值取决于道路不平的程度以及车身、前副车架和悬架的刚度。这种动载荷会使前副车架产生扭转变形。
3）其他动载荷
汽车加速或制动时会导致车身和前副车架的前后部载荷重新分配； 汽车转弯时，惯性力将会使车身和前副车架受到侧向力的作用；
当汽车的一前轮撞上路面凸起时，将使车身和前副车架产生水平方向的剪切变形； 安装在车架和前副车架上的各种总成，例如发动机、变速器工作时所产生的力。
3.3 前副车架计算工况选择
在概念设计阶段，通常需要确定汽车结构部件的载荷谱，作为耐久性评估计算的依据。在本课题中采用简化评估载荷的方法对汽车前副车架的组成部件进行强度评估，根据经验制定出一些典型工况，本课题选择采用以下三种工况：制动、转弯（左）、垂直撞击等，由于一般重力加速度用g表示，故常称为gload。借助多体动力学仿真软件（Adams）建立悬架模型，根据不同工况将gload施加于轮胎接地点或轮心处，仿真得到主要连接点的连接载荷。每个零部件的载荷得到后就可以根据静态强度计算方法对结构部件进行强度分析。
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简化汽车底盘一般疲劳载荷工况，工况评价指标可以用材料的屈服极限进行简化描述。主要用于在疲劳载荷谱不完善或者不具备的情况下对结构进行初步评价或者优化设计。
如表所示，列出了该工况的计算条件，工况描述给出了上述工况的加速度载荷描述，前后悬架的载荷结果是根据各工况描述经过简单计算得到的在Adams模型中施加载荷数据。
表3-1 典型底盘载荷工况
工况名称 制动 转弯 垂直撞击 路面附着系数 1 1 1 纵向加速度（g） 侧向加速度（g） 垂向加速度（g） 1 0 0 0 1 0 1 1 2.5
图 3-1 制动工况载荷计算示意图
以制动工况为例，简单描述载荷计算方法： 前轮胎垂向受力：前轮胎纵向受力：
FZF?WF?g/2?(WF?WR)?GF?(H/2L)FXF?FZF?1
式中GF为重力加速度系数
表3-2 整车基本参数 (荣威750)
前轴荷（kg） 后轴荷（kg） 总质量（kg） 质心高度（m） 轴距（m） 前轮距（m） 816 784 1600 0.7 2.849 1.507 根据表 的整车基本参数，计算得出用于Adams动力学模型的施加载荷，以制动工况为例计算如下：
前轮胎垂向受力：
FZF?WF?g/2?(WF?WR)?GF?(H/2L)?816?9.8/2?(816?784)?9.8?0.72?2.849
?5925N 前轮胎纵向受力：
FXF?FZF?1?5925N
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第四章 前副车架有限元分析
4.1有限元分析理论及应用 4.1.1有限元分析理论
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）是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,用较简单的问题替代复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适且简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
以有限元法为代表的CAE技术是分析各种结构问题强有力的工具，是伴随着电子计算机技术的进步而发展起来的兴新数值分析法，由于其方便性、实用性和有效性而引起力学研究者的浓厚兴趣，有限元分析法迅速从最先的航空工程领迅速扩展到机械、汽车、造船、建筑等各种科学技术领域，并从固体力学领域拓展到流体、电磁场、振动等学科，成为了应用广泛、实用高效的数值分析法
4.1.2有限元分析法在汽车行业中的应用
在汽车机构分析中，有限元法以作为一种常用的基本方法被广泛使用，主要体现在：一、在汽车设计中，利用有限元法对所有的结构件、主要机械零部件的强度、刚度、稳定性分析；二、在汽车机构的计算机辅助设计、优化设计中，有限元法是作为最主要的分析工具之一；三、将有限元法应用在汽车机构动态分析中，进行各个构件的模态分析，用时在计算机屏幕上直观形象地再现各构件的振动模态，进一步计算出各构件的动态响应，较真实地描绘出动态过程，为结构动态设计提供方便有效的工具。
有限元分析将汽车各部件看成是由许多单元所组成的整体，有的起承载作用，有的传递外部载荷，以保证整个汽车的正常工作。由于要完成各自独特的功能，它们的机构形状各不相同，且都比较复杂。一些构件的工作条件比较恶劣，长期在振动和冲击载荷下工作。寻求有关这些结构部件正确可靠的设计和计算方法是提高汽车工作性能的主要途径之一。
在汽车结构分析中，有限元方法由于其能够解决结构形状和边界条件任意的力学问题的独特优点而被广泛使用。各种汽车部件都可以应用有限元法进行静态分析、固有特性分析和动态分析，并从原来对工程实际问题的静态分析转化为要求以模态分析和动态分析为主。虽然计算机技术飞速发展，利用有限元法求解分析也取得了质的飞跃，但是在应用中仍有一些难题：有限元计算是否成功的关键在于形成的计算机模型中的各种连接、支承关
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。现在，应用大型有限元软件、建立汽车有限元模
型、进行汽车的动静态分析完成汽车的优化设计，已是各大汽车公司普遍采用的一种方法。
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系怎样与实际结构相符，动态载荷在分析中的激励怎样反应支承特点；各种工况下的动态载荷的变化曲线的获得。这样的问题影响到最终的有限元分析精度。
有限元分析汽车结构的一般过程：
1）研究分析结构特点。研究分析所需求解对象的结构特点，包括形状、边界条件、工作载荷特点，利用CATIA等软件建立物理学模型，包括形状的简化、支承的简化、材料的简化、截面特性的简化、载荷的分析等，为网格划分和程序的选择做前期准备。
2）形成有限元计算模型（网格模型）。利用Hypermesh等软件，根据结构特点，确定单元类型，并选取节点，形成网格图，同时选定支承及边界条件，以及决定载荷的处理，最终形成计算数据文件。
3）选择求解软件进行计算。对计算模型准确性判定。当误差过大时，就应重新修改甚至更新模型。修改模型可以从单元类型，节点与单元的划分和边界条件着手。
4）输出计算结果，进行结果整理及结构设计方案的修改。
4.2有限元分析模型建立 4.2.1 Hypermesh软件介绍
Hypermesh软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。
在CAE领域, Hypermesh最著名的特点是它所具有的强大的有限元网格前处理功能和后处理功能。一般来说，CAE分析工程师80％的时间都花费在了有限元模型的建立和修改上，而真正的分析求解时间是消耗在计算机工组站上的，所以采用一个功能强大，使用方便灵活，并能够与众多CAD系统和有限元求解器进行方便的数据交换的有限元前后处理工具，对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。
Hypermesh是一个高性能的有限元前后处理器，它能让CAE分析工程师在高度交互及可视化的环境下进行仿真分析工作。与其他有限元前后处理器比较，hypermesh的图形用户界面易于学习，特别是它支持直接输入已有的三维CAD几何模型（CATIA,UG,PROE等）已有的有限元模型，并且导入的效率和模型质量都很高。在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，HyperMesh具有很好的速度，适应性和可定制性，并且模型规模没有软件限制。大大提高了CAE分析工程的工作效率
Hypermesh软件与其他有限元分析前处理软件比较后所具有的鲜明特点：
1）特殊的分析结果优势：具有很高的有限元网格划分和处理效率，通过高性能的有限元建模和后处理大大缩短工程分析的周期；直接输入CAD几何模型及有限元模型，减少用于建模的重复工作和费用；高速度、高质量的自动网格划分极大地简化复杂几何的有限元建模过程；在一个集成的系统内支持范围广泛的求解器，确保在任何特定的情形下都能
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