1、某电动车车架刚强度CAE分析报告 V1150609讲解密级: 编号： 超越三号电动车车架刚强度CAE分析报告项目名称：速派奇超越三号电动车设计开发项目代码： .编制： 日期： _校对： 日期： _审核： 日期： _批准： 日期： _中国汽车工程研究院凯瑞设计中心2015年6月1、CAE分析输入条件1.1 3D数模以甲方输入的3D CATIA模型为依据，3D模型结构如下图1所示。图1 电动车架3D模型1.2 其它输入条件其它输入条件主要包括电动车架BOM表、集中质量的质心位置及其与车架连接点的位置，车辆前后悬架安装点位置。车架骨架主要由Q235和DC01两种材料构成，左右8字形弯管梁由2.5mm
2、厚的SPCC构成。甲方提供的车架BOM表部分内容如下表1所示。表1 车架部分零件材料清单零部件名称编号材料厚度（mm）备注机舱左纵梁一CY03-5301021-A01Q2352.0车身左纵梁CY03-2801013-A01Q2352.0车身横梁六CY03-2801019-A01Q2352.0车身中纵梁三CY03-2801024-A01Q2352.0后悬架安装管CY03-2801025-A01Q2352.0电池框架支撑梁一CY03-2801026-A01Q2352.0后排座椅下盖板安装支架CY03-2801042-A01DC012.0前排右安全带卷收器支架CY03-2801114-A01DC01
3、2.0前排电池前下安装梁CY03-2801077-A01Q2352.0前排座椅支撑板CY03-2801078-A01DC012.0右八字管CY03-5401028-A01SPCC2.0甲方提供的电动车主要零件质心位置及重量如下表2所示。表2 各零部件质心及重量名称质心位置重量（KG）备注电池1X=-561.519 Y=-244.744 Z=98.74650电池2X=-561.519 Y=244.744 Z=98.74650电池3X=-385.93 Y=-244.744 Z=98.74650电池4X=-385.93 Y=244.744 Z=98.74650电池5X=219.07 Y=0.256
4、Z=126.24650前排人体H点（左）X=-439.696 Y=-270 Z=420.813人68，座椅6前排人体H点（右）X=-439.696 Y=270 Z=420.813人68，座椅6后排人体H点（左）X=349.826 Y=-215 Z=438.397人68，座椅8.5后排人体H点（右）X=349.826 Y=215 Z=438.397人68，座椅8.5空调蒸发箱X=-1398.885 Y=44.855 Z=465.2515.0空调压缩机X=-1444.197 Y=123.235 Z=51.5216.0仪表板总成X=-1040.3 Y=-8.2 Z=5125.52、CAE模型说明考虑
5、到计算机资源、模态和强度分析要求，模型中除后面电池5支架中螺杆为实体单元外，其余均为2D平面单元。实体为六面体单元，平面单元以四边形单元为主，仅有少量的三角形单元。模型中绝大多数单元大小以6mm为准进行划分。建立的模型单元如下图所示。 图2电动车架FEM模型模型中总单元数345539，节点数358158。三角形单元数5801，三角形单元占总数为1.7%。3、电动车架分析工况对此款电动车架主要进行车架整体模态分析和强度分析。3.1模态分析对车架进行模态分析的目的主要是电动车避开外部路面不平度激励和蓄电池带动电机转动对车架的激励。电机一般激励较小，车架分析主要考虑避开路面激励，车架前几阶频率应在5
6、Hz以上。将各部件以集中质量的形式固定于车架上相应位置处，车架为钢材，密度为7.85103Kg/m3。车架模态分析中前四阶模态如下图3图6所示。图3 第一阶模态图4 第二阶模态图5 第三阶模态图6 第四阶模态第一阶模态频率为5.8Hz，为前排座椅下的框架支撑结构，为平揺振型，频率与限制范围较接近。为了提高第一阶模态频率及改善振型，建议在前排座椅下的框架支撑结构四周进行稳定三角形的桁架结构设计。3.2 车架各分析工况和边界条件电动车常在城市道路上行驶，依据车辆使用工况和条件，对电动车架进行如下CAE分析：模态分析、弯曲强度分析、扭转强度分析（车辆主体结构对称，以右后悬空、右前悬空两种状态进行）、
7、紧急制动工况强度分析、右转弯强度分析。各分析工况和车架约束自由度如下表3所示。表3电动车架分析工况和约束自由度约束自由度左前轮左后轮右前轮右后轮弯曲动载XYZYZXZZ扭转（右后悬空）XYZYZXZ悬空扭转（右前悬空）YZXYZ悬空XZ紧急制动XYZYZXZZ急加速YZXYZZXZ右转弯XYZXYZZZ依据车辆行驶路况和最高速度，参考其余车辆分析情况，各工况下动载系数如下表4所示。表4电动车架各工况动载系数约束自由度X向Y向Z向弯曲动载002.0g扭转（右后悬空）001.3g扭转（右前悬空）001.3g紧急制动1.001.0g急加速-0.6g01.0g转弯00.6g1.0g3.3 各工况下应力
8、分析3.3.1 弯曲动载工况图7 弯曲时车架右侧面应力图8 弯曲时车架左侧面应力图9 弯曲时前悬架左侧下摆臂处应力图10 弯曲时前悬架右侧下摆臂处应力图11 弯曲时车架底面左右纵梁应力图12 弯曲时后悬架右侧下摆臂处应力图13 弯曲时后排座椅支撑框架处应力从图7图13看，弯曲2g作用力工况下，前悬架下摆臂后支座连接处应力集中较大。另外，后排座椅后安装连接的横向大梁，重力作用下变形较多，人和电池向下压迫悬架横大梁，导致横大梁应力较大。3.3.2 制动工况：图14 制动时车架右侧面应力图15 制动时车架左侧面应力图16 制动时前悬架左下摆臂处应力图17 制动时前排座椅直支撑框架处应力图18 制动时
9、车架底面左右纵梁应力图19 制动时后悬架支撑处应力此种工况下，应力较大在前排座椅下连接的支撑框架结构，8根支撑管为平行布置，承受车辆纵向力较弱。3.3.3右后悬空工况：图20 右后悬空时左侧面应力图21 右后悬空时右侧面应力图22 右后悬空时左前下摆臂连接处应力图23 右后悬空时底面左右纵梁应力图24 右后悬空时左后下摆臂连接处应力后悬架连接支座与车架横向管梁连接处应力最大。3.2.4右前悬空工况图25 右前悬空时右侧面应力图26 右前悬空时右侧面应力图27 右前悬空时左前下摆臂连接处应力图28 右前悬空时底面左右纵梁应力图29 右前悬空时右后悬下摆臂连接处应力此工况下应力最大处为前摆臂与车架
10、连接处和后悬架横向管梁与电池支架连接处。3.2.5急加速工况图30 急加速时车架左侧面应力图31 急加速时车架右侧面应力图32 急加速时右前下摆臂连接处应力图33 急加速时底面左右纵梁应力图34 急加速时右后悬架下摆臂连接处应力图35 急加速时前排座椅支撑框架处应力前后下摆臂连接处由于应力集中，此两处地方应力最大。另外，前排座椅处应力较大。3.2.6右转弯工况图36 右转弯时左侧面应力图37 右转弯时右侧面应力图38 右转弯时底面左右纵梁应力图39 右转弯时右前下摆臂连接处应力图40 右转弯时右后下摆臂连接处应力车辆右转弯时，从应力看，与前几个工况的现象几乎相同，主要在前后悬架下摆连接处应力最
11、大，其次是前后排座椅框架支撑处。4 、结论与建议通过上述车架整体模态分析和几个工况的强度分析，得出如下结论：1） 前排座椅模态频率稍低，频率为5.8Hz，主要为平摇振型；2） 在多个工况下，前后悬架下摆臂支座连接处有应力集中现象，应力较大；3） 制动工况下，前排座椅支撑框架处应力较大；4） 弯曲动载工况下，后排座椅后支撑处横梁应力较大；5） 全部工况下，车架左右纵梁的应力相对于其它处应力都较大；建议：1） 前排座椅支撑框架四周进行稳定三角形的桁架结构设计；2） 车架底面左右纵梁适当增厚至2.5mm；3） 前后悬架下摆臂连接支座修改设计，支座与梁连接处应进行大角度包裹焊接设计；4） 后悬架下摆臂连接处的横梁由2mm增加到2.5mm；5）增厚或加粗后排座椅后连接处的横梁。
