CATIA是一款強大的三維建模軟件，在飛機和汽車(chē)行業(yè)得到廣泛應用。隨著(zhù)有限元分析在機械設計中的作用越來(lái)越重要，CATIA有限元分析模塊也獲得了較快的發(fā)展，其有限元分析模塊完全可以滿(mǎn)足一般機械設計有限元分析的要求。運用CATTA可以將三維設計和有限元分析同步完成，避免了不同軟件之間的相互轉換，方便了操作。隨著(zhù)市場(chǎng)對LNG車(chē)輛需求的增加，對整車(chē)氣瓶的安裝位置和氣瓶支架的結構設計提出了要求。本文采用CATIA軟件對一中型客車(chē)氣瓶支架的結構設計進(jìn)行靜強度CAE仿真分析。
      氣瓶安裝在整車(chē)中部車(chē)架右側位置。初步設計使用兩套氣瓶支架固定于車(chē)架縱梁上，氣瓶安放于兩套支架上面。
      支架和車(chē)架縱梁之間使用螺栓固定，緊固后基本沒(méi)有相對運動(dòng)。為了方便分析，減少計算量，在應用CATIA進(jìn)行有限元靜應力分析時(shí)，使用“扣緊連接特(Fastened Connection Property)模擬氣瓶支架的連接特性。在“扣緊連接特”添加前需要建立結合而之間的“通用連接(General Analysis Connector)”作為“扣緊連接特”的添加承載基礎。
      氣瓶支架采用四而體實(shí)體單元進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。氣瓶在加滿(mǎn)燃氣后總質(zhì)量約為405 kg。根據工程經(jīng)驗，采用1.5倍的安全系數，即對氣瓶質(zhì)量進(jìn)行1.5倍放大處理。在兩套支架上采用均布力來(lái)模擬氣瓶重力對支架的作用。
      從靜強度分析結果可知，支架的最大應力為267.2MPa，已經(jīng)大于材料屈服極限245 MPa；支架的最大位移為11.28 mm。該位移過(guò)大會(huì )造成氣瓶歪斜，影響氣瓶的正常使用。根據仿真結果可以確定，該初步設計方案不能滿(mǎn)足使用要求。
      為了減少支架的最大應力和變形位移，在支架與車(chē)架縱梁之間添加支撐，同時(shí)將兩個(gè)支架通過(guò)連接支架連接在一起，最后使用連接支架將氣瓶支架與車(chē)身側圍相連在一起。這樣整個(gè)支架的支撐點(diǎn)就有縱梁和車(chē)身側圍前后三處。
      由分析結果可得，最大應力為87.43 MPa，遠小于材料屈服極限245 MPa；最大位移為2.33 mm。該位移對氣瓶平衡性基本不會(huì )產(chǎn)生影響。由此可知，優(yōu)化后的結構滿(mǎn)足設計要求。為了進(jìn)一步分析改進(jìn)后的支架結構強度能否滿(mǎn)足使用要求，在整車(chē)振動(dòng)、制動(dòng)和轉向三種極限工況下對其進(jìn)行有限元分析。在X，Y，Z三個(gè)方向分別加載加速度場(chǎng)來(lái)模擬振動(dòng)、制動(dòng)和轉向三種工況。
      由分析結果可知，三種工況下的最大應力遠小于245 MPa，最大位移沒(méi)有超過(guò)3 mm。改進(jìn)后的懸置支架結構強度完全可以滿(mǎn)足振動(dòng)、制動(dòng)和轉向三種極限工況的使用要求。
      本文介紹了使用CATIA軟件進(jìn)行中型客車(chē)氣瓶支架結構設計和分析的一般過(guò)程。使用CATIA軟件可以將結構的三維設計和有限元分析有效地結合在一起，做到設計和分析同步，并且設計、分析在同一個(gè)軟件中進(jìn)行，可以避免因為模型文件的轉換而產(chǎn)生的誤差和工作時(shí)間的損失。同時(shí)也降低了產(chǎn)品設計的盲目性，為產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了理論依據，節約了成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

                                                                                專(zhuān)業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│CAE分析│結構優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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