摘 要：随着汽车行业的不断发展，促使汽车应用逐渐趋向普及化方向发展。其中，汽车车架作为汽车结构体系的重要部分，其的质量往往会对汽车运行质量产生直接影响。针对于此，设计人员必须严格按照汽车车架结构设计标准，从多个方面针对汽车车架结构设计工作进行统筹规划与合理部署，以确保汽车运行质量得以保障。本文主要以汽车车架结构优化问题为研究对象，按照有限元分析法进行优化设计，以期可以给相关人员提供相应的借鉴价值。

关键词：汽车车架;结构优化;有限元分析

0 前言

汽车车架作为汽车承重的载体表现形式，一般多承受来自货物、动力系统以及传动系统等方面的载重压力，同时还承受汽车多方面力矩工作状态的载重压力。为确保汽车车架得以满足预期结构强度要求以及运行性能，设计人员必须严格按照汽车车架设计原则以及先进技术要求，以达到轻量化设计目的。而通过利用有限元分析法至少可以在汽车车架结构强度、运行性能等方面进行优化与加强。不仅可以初步解决工况复杂性问题，同时还可以满足汽车车架运行需求，具有一定的应用意义。

1 有限元分析法

所谓的有限元分析法主要是指实现将连续结构分解成多个单元组或者单元的过程而运用到的一种分析方法。根据单元分析结果以及应用情况，针对整体结构性能进行合理研究与分析。结合当前应用情况来看，现有的有限元分析法主要以计算机设备为研究与分析主体，按照研究对象特点进行合理分析[1]。实践过程中，有限元分析方法一般多体现出下述特点：

（1）有限元分析方法一般多应用于工程结构分析工作当中。本文所分析的汽车车架在形状研究方面一般不受约束条件的影响，且CAD形状也不会有限元模型建立过程造成不良影响。

（2）利用有限元分析方法的过程中，汽车车架单元材料可以根据实物属性特点进行合理确定，无需过多考虑格结构之间的作用影响。

（3）有限元分析法需要根据汽车车架实际运行情况进行合理研究与分析，最好可以按照汽车实际荷载能力，明确汽车车架在不同行驶工况下可能出现的运行状况，目的在于确保荷载与约束力之间的作用关系得以明确，为汽车车架的优化设计发展提供内在驱动力[2]。

2 汽车车架结构优化设计类型研究

关于汽车车架结构优化设计类型问题的研究，可以从截面尺寸优化、形状优化、拓扑优化等方面进行合理设计与分析。

其中，对于截面尺寸优化工作可以按照结构尺寸参数要求，如车架截面尺寸、厚度等问题，将其作为设计变量因素进行合理优化。同时，对于形状优化工作可以通过改变结构内外边界形状情况进行合理优化，不断改善汽车车架结构性能，以确保材料配置效果得以达到预期。此外，在拓扑结构优化方面，应该根据构件间的相互联系与作用，确定结构内部是否存在空隙问题、或者确定空洞数量问题等。尽量在确保结构性能稳定不变的前提下，满足汽车车架结构优化设计效果。

3 汽车车架工况及问题分析

汽车行驶过程一般会受到多方面因素的影响而出现运行隐患问题。其中，汽车车架作为汽车承重的载体形式，在很大程度上会受到多方面荷载受力的影响而出现较多隐患问题。根据当前汽车车架工况运行现状来看，汽车车架受力主要以弯曲荷载、扭转荷载、横向荷载以及纵向荷载等为主。舉例而言，以汽车车架满载紧急制动工况行驶过程为例，介于行驶工况的改变，车辆运行过程会出现加速或者减速的情况。

再加上满载汽车相对质量较大，因此在惯性力方面会存在偏大现象。与此同时，惯性力与汽车加速度等因素也会对汽车车架运行性能产生直接影响，因此在优化设计过程当中，我们还需要针对这一问题进行重点规划与考虑。需要注意的是，汽车惯性力促使车架承受能力与行驶作用会趋向纵向荷载作用力的影响而出现诸多隐患问题。关于这一问题，设计人员必须予以重点优化与处理。

4 汽车车架优化设计措施

根据上文对汽车车架的研究与分析可知，当前汽车车架设计工作存在的不足之处较多，需要设计人员从多个方面进行统筹规划、科学部署，具体如下：

一方面，按照综合力学性能要求，尽量选择性能良好的材料。如弹性模量大、密度小、质量轻等特点必须作为首要考虑要点。与此同时，针对汽车车架尺寸、形状问题进行优化分析与设计。另一方面，在确保车架刚度与强度不受影响的基础下，针对汽车车架问题进行轻量化设计，以防止因车架过重而导致车架使用期限缩短。

需要注意的是，必须确保车辆燃油经济效果，以期可以减少运营成本问题。除此之外，在车架连接方面的选择上，应该优先以铆钉为主。主要借助铆钉连接性能特点以及构造特点强化车架整体结构形式。尽量在车架前端增设一根横梁，目的在于促使车架结构可以保持稳定状态，规避变形问题反复出现。如此一来，汽车车架结构的稳定性与质量性势必会得到良好保障[3]。

5 结论

总而言之，本文主要针对汽车车架荷载运输过程中存在的不足问题进行研究与分析。重点结合有限元分析软件方法，构建基于汽车车架的有限元仿真模型。根据车架架构应力分布问题进行科学计算，明确车架问题成因。并在此基础上，充分利用现有条件针对车架结构以及成形工艺进行规划与设计，以确保汽车车架结构优化设计效果得以达到预期。相信通过全体人员的不断努力，汽车车架结构优化设计工作势必会达到预期目标要求，让我们拭目以待。

参考文献：

[1]沈辉，景陶敬，张振越，孙健，孔维成.基于某款城市公交车车架结构的设计与有限元分析[J].徐州工程学院学报（自然科学版），2017，32（04）：60-66.

[2]彭永子.汽车车架的有限元分析及优化设计研究[J].汽车实用技术，2018（22）：49-51.

[3]史文.基于有限元法的车架轻量化技术研究[J].内燃机与配件，2018（23）：21-24.

作者简介：程思远（1985-），男，江西浮梁人，研究生，中级工程师，研究方向：汽车有限元分析及其实际应用。