[发明专利]一种增强补刚的镁合金乘用车车架及其设计方法

权利要求书

1.一种增强补刚的镁合金乘用车车架，其特征在于，包括前梁(1)、后梁(2)以及设置在前梁(1)与后梁(2)之间的连接梁(3)、所述前梁(1)与后梁(2)关于连接梁(3)对称设置并且所述前梁(1)、后梁(2)以及连接梁(3)采用的材料均为镁合金，所述前梁(1)包括多根平行设置的前防撞梁(11)、设置在前防撞梁(11)两端的前指梁(12)、设置在前指梁(12)与连接梁(3)之间的前横梁(13)以及设置在前防撞梁(11)与连接梁(3)之间的前纵梁(14)；

所述连接梁(3)包括设置在前梁(1)与后梁(2)之间的多根顶板纵梁(31)、设置在前梁(1)与后梁(2)之间并位于顶板纵梁(31)下方的多组门槛梁(32)、设置在门槛梁(32)之间的底盘(33)、设置在相邻顶板纵梁(31)之间的顶板横梁(34)以及设置在顶板纵梁(31)与门槛梁(32)之间的立柱梁(35)。

2.根据权利要求1所述的增强补刚的镁合金乘用车车架，其特征在于，所述后梁(2)包括多根平行设置的后防撞梁(21)、设置在后防撞梁(21)两端的后指梁(22)、设置在后指梁(22)与连接梁(3)之间的后横梁(23)以及设置在后防撞梁(21)与连接梁(3)之间的后纵梁(24)。

3.根据权利要求2所述的增强补刚的镁合金乘用车车架，其特征在于，所述前纵梁(14)与后纵梁(24)内部均填充有纤维复合材料(4)。

4.根据权利要求3所述的增强补刚的镁合金乘用车车架，其特征在于，所述前梁(1)、后梁(2)以及连接梁(3)中除前纵梁(14)与后纵梁(24)外，其表面均设有相互连通的沟槽(5)、所述沟槽(5)内亦填充有所述纤维复合材料(4)。

5.根据权利要求1所述的增强补刚的镁合金乘用车车架，其特征在于，所述立柱梁(35)包括依次设置在顶板纵梁(31)与门槛梁(32)之间的前立柱(351)、中立柱(352)以及后立柱(353)。

6.根据权利要求4所述的增强补刚的镁合金乘用车车架，其特征在于，所述纤维复合材料(4)为碳纤维复合材料或玄武岩纤维复合材料。

7.根据权利要求4所述的增强补刚的镁合金乘用车车架，其特征在于，所述沟槽(5)的截面形状为U形或方形。

8.一种增强补刚的镁合金乘用车车架的设计方法，其特征在于，包括以下步骤:

(S1)：根据车架的结构形状尺寸在Hypermesh软件进行建模，对车架的整体结构抽取中面，然后采用壳单元Shell181进行离散；

(S2)：通过Hypermesh软件对车架上的各个载荷进行简化处理，将其简化为集中质量施加于质心处，采用Mass21单元对集中质量进行模拟，然后通过Beam188单元和点接触算法将集中质量与车架上的连接处位置连接，对于车架上的钢结构焊接处采用节点耦合的方法进行建模；

(S3)：将车架的有限元模型导入到Ansys软件中；在Ansys软件中进行第一种工况的结构强度计算，在Ansys软件中设置第一种工况状态，第一种工况模拟车架为静态的情况，第一种工况下的载荷为车架的自重、载重重量、整体设备重量与垂直动载荷之和，车架的各支撑及载重载荷作用在各自支撑梁上，在Ansys软件中设置第一种工况下的约束条件，第一垂向约束为车架所有底梁的支撑点约束垂向位移，第一横向约束为车架横梁约束横向位移，第一纵向约束为车架纵梁支撑点处约束纵向位移，然后在Ansys软件中对车架上各点的等效应力进行von Mises应力评定，判断车架上各点的等效应力与车架材料的屈服强度的大小关系；

(S4)：在Ansys软件中进行第二种工况的结构强度计算，在Ansys软件中设置第二种工况状态，第二种工况模拟车架的前端遭受碰撞的情况，第二种工况下的载荷为车架的自重、载重重量、整体设备重量、垂直动载荷、纵向动载荷以及转向载荷之和，其中车架的各支撑及载重重量载荷作用在各自支撑座上，在Ansys软件中设置第二种工况下的约束条件，第二垂向约束为车架所有底梁的支撑点约束垂向位移，第二横向约束为除车架前端防撞梁支撑点约束位移外其余所有横梁约束横向位移，第二纵向约束为车架纵梁支撑点处约束纵向位移，然后在Ansys软件中对车架上各点的等效应力进行von Mises应力评定，判断车架上各点的等效应力与车架材料的屈服强度的大小关系；

(S5)：在Ansys软件中进行第三种工况的结构强度计算，在Ansys软件中设置第三种工况状态，第三种工况模拟车架的后端遭受碰撞的情况，第三种工况下的载荷为车架的自重、载重重量、整体设备重量、垂直动载荷、纵向动载荷以及转向载荷之和，其中车架的各支撑及载重重量载荷作用在各自支撑座上，在Ansys软件中设置第三种工况下的约束条件，第三垂向约束为车架所有底梁的支撑点约束垂向位移，第三横向约束为除车架后端后横梁支撑点约束位移外其余所有横梁约束横向位移，第三纵向约束为车架纵梁支撑点处约束纵向位移，然后在Ansys软件中对车架上各点的等效应力进行von Mises应力评定，判断车架上各点的等效应力与车架材料的屈服强度的大小关系；

(S6)：在Ansys软件中进行第四种工况的结构强度计算，在Ansys软件中设置第四种工况状态，第四种工况模拟车架的左端或右端遭受碰撞的情况，第四种工况下的载荷为车架的自重、载重重量、整体设备重量、垂直动载荷、纵向动载荷以及转向载荷之和，其中车架的各支撑及载重重量载荷作用在各自支撑座上，在Ansys软件中设置第四种工况下的约束条件，第四垂向约束为车架所有底梁的支撑点约束垂向位移，第四横向约束为车架横梁约束横向位移，第四纵向约束为除车架左端中立柱(352)支撑点约束位移外其余所有纵梁支撑点处约束纵向位移，然后在Ansys软件中对车架上各点的等效应力进行von Mises应力评定，判断车架上各点的等效应力与车架材料的屈服强度的大小关系。