在汽车制造的各个环节都应看重计算机技术的使用。其中，有限元分析法是近些年来快速崛起的用以车架结构分析的重要方法。它可以解决以前手工计算时存在的众多难题，不仅方便了社会实践生产，而且也带来了较高的经济利益以及社会收益。

概述
1. 汽车车架
汽车车架是指连接在汽车前后车桥上的一种框架式结构，一般由横梁和纵梁组成。由悬架装置、前桥、后桥使之固定在车轮上。车架的作用是承受汽车的载重和车轮的冲击，因此它的设计要求有足够的强度和刚度来满足需求。车架作为汽车非常重要的部件，首先它必须满足汽车总布置要求。不仅如此，当汽车行驶在复杂的道路环境中时，固定在车架上的零件之间不能互相干扰。而且，车架还需有足够的强度和刚度来抵消汽车在坎坷路面上行驶时，车架因外力载荷作用而产生的各种变形。如果车架设计不合理，这些变形会改变零件原本所处的位置，影响其正常工作。 
2.有限元法的概况
有限元分析法是指把一个连续体拆分成有限若干单元，换句话说，即把一个复杂的构造划分成许多个单元组成的结构。通过对这些单元的分析研究，从而获得复杂题目近似解的一种方法。
近年来，有限元分析法得到了突飞猛进的发展，其强大的分析处理能力，致使它在各行各业、各个机械制造领域都被人们广泛使用，应用规模也在不断扩大。从先前的杆、梁的问题发展到平面、空间以及板壳问题。应用范围的不断扩大使得它不仅能处理静力方面的难题，也能对动态方面的难题进行分析。它的处理对象也不断增加，以前单一的弹性介质扩展到后来的粘着性、弹性、塑性等材料。通过对有限元分析方法的使用，可使得工程师获得更为卓越的车架设计技术，同时也可使工程师及时了解到设计过程中所存在的问题，并且能综合考虑到车架构造及外力负荷的复杂性，获得更加优化的结果。

基于ANSYS的有限元分析
1.车架3D数模的创建
CATIA软件是法国Dassault公司于1975年起开始发展的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。在国内，几乎所有的航空工厂、造船厂及超过一半数量的汽车厂家都在运用CATIA软件。工程师应用CATIA V5软件里“草图”和“零部件设计”两个模块完成创建奇瑞公司某非承载式SUV的车架3D数模（见图1）。

2.基于ANSYS的有限元分析
ANSYS是由美国ANSYS公司创造的将结构、热、流体、电磁、声学整合起来分析的大型通用有限元分析软件。该分析工具不停地吸收世界最先进的计算方法和计算机技术，引领着世界有限元分析软件的成长。其先进、可靠、开放等优势，被全世界工业界普遍认同。
（1）车架有限元模型的建立
将车架3D数模导入到ANSYS软件里建立车架结构模型，如图2所示。载入车架模型后，需明确单元类型，赋予实常数，还要先定义材料的属性，随后才可以划分网格，创建有限元模型；在定义单元类型中，要选中实体单元，就是指Solid Brick 8node 45单元，如图3所示；其次是设置材料属性；文中的车架材料如表1所示数据，将材料的属性数据输入，并划分网格；接下来选择菜单Main Menu>Preprocessor>
Element Type>Add/Edit/Delete，建立悬架模型。

在做好以上步骤之后，整个汽车车架结构有限元模型就已然在ANSYS中创建完毕，如图4所示。该有限元模型包含20 380个实体单元，8个螺旋弹簧单元，8个模拟悬架的MPC184刚性梁单元。
（2）车架有限元静力分析
有限元静力分析时，必须对模型的工况进行限制。限制模型的方式一定要符合以下要求：确保该结构不会造成刚性位移，使总的刚度方程有且只有一个解。在车辆的移动状况下，主要的工况包含弯曲、扭转、紧急制动和转弯4种，在这4种之中，弯曲和扭转影响最大。本文将弯曲和扭转两个工况作为所要研究的工况，以确保有限元模型不会造成刚性位移，对这两个工况实施限制处理。
弯曲工况是模拟在满载条件下，车辆四轮与地面接触时在路面上以恒定速率向前移动的情况。当有限元求解模拟弯曲工况时，车架所受到的质量和负载要乘以一定的动态负载因子来进行框架结构的强度和刚度校正。

事实已经证明，在车架弯曲模拟的条件下，最大的动态负载因素不超过2.5倍为最佳。在处理求解时，弯曲约束条件见表2。
扭转工况是模仿单个轮子在空中而别的轮子被升起时车辆的受力情况。在开始求解时，前悬架支架与轮子连接处有±20 mm的Y方向偏移，但需保证水平位移相反，车辆受到最强烈的扭转工况通常是在慢速行驶在凹凸坎坷的路面时产生的，此时因为汽车行驶速度不大，因此惯性载荷也小，在研究求解时，扭转工况下车架的限制如表3所示。

上述工况约束限制好后，再进行载荷加载处理，最后进行车架结构静力分析，在刚性梁单元MPC184 连接下模型的变形及应力分布如图5和图6所示。客观的静态结构分析的目的是基于有限元分析结果数据来评估车架的强度，车架弯曲受力如图5所示，最大应力出现在最后一根横梁处，应力值为56.1 MPa，在允许范围之内。车架扭转的受力图如图6所示，其中最大的应力出现在倒数第二根横梁处，应力值为53.8 MPa，应力值也在允许范围之内。

（3） 车架结构模态分析
框架构造的模态研究是汽车新产品研发中结构研究的最主要的方面，特别是车架构造的低阶弹性模态，它不但表明了车架的刚度机能，还是使车辆发生普遍振动的重要依据，应该被用来当作车辆新品种研发的强制性审核标准。ANSYS给予七种模态采取方式，在此之中Block Lanczos 方式因其精确度高与求解速率快等优点在大型构件研究中被普遍采用，本文使用该办法提取车架结构的前八阶模态。经过后处理，获得车架的前二十阶固有频率如表4所示。当汽车以较高速度在宽阔的路面上行驶时,常受到对称垂直载荷作用，这类载荷最易引起车架结构的弯曲模态，通过弯曲模态分析，能够看到车架在不同阶次下的频率。

结论
本文主要应用CATIA和有限元分析软件ANSYS对公司某非承载式SUV车架实施结构建模、有限元分析，得出前瞻性结论，并有效指导整车开发项目设计，且根据结论对车架进行了必要的优化设计。在这期间工程师也可充分认识到CAITA软件参数化建模的优点和ANSYS分析解决工程问题的特点、范围及深度，更加坚定了在奇瑞产品开发设计中应结合CATIA建模和ANSYS有限元分析，指导结构应力工程分析，在试制试验阶段之前尽早发现问题，并优化解决问题。