对于载货汽车来说，增大车辆承载能力，实现结构轻量化，提高车辆的使用寿命，是载货车辆设计的首要任务。车架作为轻卡车的承载部件，其结构性能对车辆的整体性能有着很大的影响。本文利用ANSYS软件对车架结构进行建模，对不同的工况进行仿真分析，计算表明所设计的结构满足要求。

车架是一个结构和受力均复杂的组合零件，它将发动机、传动部分、行车部分和操纵部分等有机地连结在一起。车架的主要功能不仅是固定及支承车辆的发动机、传动系统和悬架系统以及其他相关元件等，还起着抑制来自前后车轮的各种负荷所引起的扭曲变形。汽车操纵的平顺性、驾驶的安全性、乘坐的舒适性和在各种路面条件下的通过性与车架都有不可分割的关联。因此，轻卡车架是一个要求严格的大型受力构件，必须有足够的强度和刚度。通过对轻卡车架多工况分析，能有效地指导新型轻卡的开发，提高了国内轻卡的设计水平，具有十分重要的理论意义和实用价值。

轻卡车架模型

实际的轻卡车架结构非常复杂，而且在行驶过程中所承受的载荷种类较多，所以，我们在建立几何模型时需要对轻卡车架进行必要的简化，这样也有利于有限元分析计算。在进行结构简化时应遵循如下原则：对所关心的部位少简化或不简化，对远离所关心部位的区域，可在不影响分析的情况下作较大简化。

我们在做钢板弹簧的模拟时，将钢板弹簧等效为一片弧形板壳，结构如图1所示。

钢板弹簧的刚度根据其实际尺寸计算获得。为了模拟出钢板弹簧的实际刚度，单独对其进行静力分析，通过改变其厚度来模拟实际刚度。钢板弹簧与车架的连接不是固连，而是在一定自由度上可以发生相对运动：卷耳处可以发生相对转动，吊耳处可以发生相对转动和滑动。我们可以利用耦合来模拟钢板弹簧与车架之间的这种连接（见图2）。

整个车架模型采用抽取中面的形式建成，可以减少计算量。车架的有限元模型如图3所示。

仿真分析

汽车实际行驶工况一般分为四种，即车架结构的弯曲工况、扭转工况、制动工况和转弯工况，根据实际需要可以选择不同的工况进行相应的约束。

1.弯曲工况

边界条件为：车架通过悬架系统、车桥和车轮支承在路面上，综合考虑确定约束前悬架的全部三个平动自由度；约束后悬架的横向自由度、垂直自由度；取动载荷因数2.0。此工况下受力情况如图4所示。

从图5可以看出，车架的最大应力为232.326MPa，出现在车架左纵梁与第三横梁加强板的连接处，但仍远远没有达到其屈服极限值350MPa，强度有较大的盈余。

2.扭转工况分析

扭转工况的边界条件为：约束前悬架的全部三个平动自由度；约束右后悬架的横向自由度、垂直自由度；前板簧约束Ux、Uy、Uz自由度以及后板簧约束Uy、Uz自由度。

该工况下，应力云图如图6所示，应力最大点出现在左后纵梁与三横梁加强板连接的后部，最大应力值为196.834MPa。

3.转弯工况分析

转弯工况的模拟：转弯工况的行驶速度为24.4km/h，转弯半径为6m，根据加速度公式：a=v2/r，得a=0.78g。

此时，施加在后纵梁上的力分别设为F1和F2 ,根据计算分别求出作用在纵梁上的力：

F1+F2=mg

其中，车架宽L为760mm，货箱及货物质心高度距货箱底板距离h=180mm。

转弯工况的边界条件为：约束前悬架的全部三个平动自由度；约束后悬架的横向自由度、垂直自由度；此工况下受力取动载因数为1，不再加变速器吊挂转矩。

该工况下应力云图如图7所示，应力最大值出现在左侧三横梁加强板与纵梁的连接处，最大应力值为164.562MPa（见图8）。

4.制动工况分析

制动工况的模拟：按最大承载重量计算，给整车一定的制动减速度6m/s2。该工况主要用于校核在紧急制动时由于货厢重心前移造成车架中前部的附加应力问题。

制动工况的边界条件同转弯工况。

在该工况下，应力云图如图9所示，应力最大值出现在右侧三横梁加强板与驾驶室后后支架部位，最大应力值为100.603MPa。

结语

通过以上分析，车架应力比较大的区域主要集中在以下几处：第一区段，车架纵梁与三横梁支架后部处；第二区段，第五横梁的区域。以上这些区域应力相对较大，原因之一是这些地方一般都施加了较大载荷；其二是由于施加方法的处理等的影响会导致一定的应力集中，所以为重点关注点。虽然有一定程度的应力集中，但是这些值都远远小于给定材料的屈服极限，说明车架的静强度远远没有达到其极限值，而且强度有很大的储备。

结构静力分析的目的是根据有限元分析的结果数据对车架的强度进行评价。为轻卡车架的设计提供可靠地依据，并且降低实验成本，缩短研发周期。