半掛車車架主縱梁的有限元分析_圖文

1、第9卷第4期2009年2月167121819(2009421068204科學技術(shù)與工程Science Technol ogy and EngineeringVol 19No 14Feb .20092009Sci 1Tech 1Engng 1半掛車車架主縱梁的有限元分析張孝瓊張維強(南京農(nóng)業(yè)大學工學院,南京210031摘要通過工程分析軟件ANSYS10.0對某半掛車車架主縱梁進行建模、分網(wǎng)、靜態(tài)扭轉(zhuǎn)分析,得到了該半掛車車架主縱梁在不同工況下的變形量和強度載荷,校核該半掛車車架主縱梁強度是滿足要求的。關(guān)鍵詞靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強度分析ANSYS 有限元車架主縱梁中圖法分類號U463.32;文獻標志碼A2008

2、年10月22日收到 第一作者簡介:張孝瓊(1978,女,碩士研究生,研究方向:車輛設(shè)計。E 2mail:zxq304_77sina .com 。半掛車車架主縱梁是整個半掛車關(guān)鍵部位,它承受著半掛車內(nèi)外的各種載荷受力非常復雜。所以,要保證車架主縱梁具有足夠的強度和剛度。采用傳統(tǒng)的數(shù)學計算方法分析車架的受力情況時,往往會得到高次不靜定式方程組,很難得到精確的解析解1。有限元方法是隨著計算機技術(shù)發(fā)展而發(fā)展起來的、用于各種結(jié)構(gòu)分析的數(shù)值計算方法。它運用離散概念,把連續(xù)體劃分為有限個單元的集合,通過單元分析和組合,考慮邊界條件和載荷,得到一組方程組,求解此方程組獲得相應指標2。當前,在計算汽車各部件強度

3、和剛度時,有限元方法得到了廣泛的應用。本文針對某半掛車車架的主縱梁,在靜態(tài)扭轉(zhuǎn)工況下的強度和剛度的問題,利用ANSYS10.0有限元分析軟件建立了該車架主縱梁有限元模型,并在此基礎(chǔ)上進行了位移和應力分析。1車架有限元模型的建立1.1模型的簡化3根據(jù)圣維南原理,模型的局部細小變化和改動并不影響模型總的分析結(jié)果,因此為了簡化后續(xù)的網(wǎng)格劃分、減少計算量、提高計算效率,對總的實體模型做如下簡化:(1部分離應力遠的圓弧過渡簡化為直角,工藝上需要的倒角、抜模斜度等都不予考慮,這樣可以減少在這些區(qū)域上的網(wǎng)格劃分的數(shù)量,提高計算速度;(2車架上有些構(gòu)件,如凸臺、銷孔、線路孔、吊環(huán)孔等,僅是為了滿足功能要求而設(shè)

4、置的對結(jié)構(gòu)的強度沒有很大的影響,可以忽略;(3除去對車架結(jié)構(gòu)應力分布不產(chǎn)生太大影響的工具箱和防護網(wǎng)等零部件4。1.2材料的力學特性車架材料采用16Mn 低合金結(jié)構(gòu)鋼,力學參數(shù)如:彈性模量:E =2.1×1011MPa;泊松比:=0.3;密度:=7.8×10-9t/mm 3;屈服強度:s =350MPa1.3模型的網(wǎng)格劃分對于網(wǎng)格劃分我們遵循“均勻應力區(qū)粗化,應力梯度大的區(qū)域細化”的原則,對于具體的模型應該具體對待。一般來說,網(wǎng)格劃分的越細,質(zhì)量越高,計算精度就越高。但是網(wǎng)格劃分的越細,計算量就越大,要求電腦的配置就越高。本模型采用s olid92單元,網(wǎng)格劃分采用ANSYS

5、 軟件自帶的Mesh t ool 工具,設(shè)置單元變長為30mm ,采用自由體劃分。車架主縱梁模型共化為196804個單元,396071個節(jié)點。2約束與邊界條件的處理本文研究的車架主縱梁所對應的為前面牽引銷,后面鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)。為便于計算,靜態(tài)扭轉(zhuǎn)分析采用剛性支撐。整個車架上共安裝了6個用于連接鋼板彈簧的固定支座和吊耳,因此在每個縱梁底面建立了3個關(guān)鍵點。車架前端牽引銷板處完全固定,施加X,Y,Z三個方向的全部約束;在車架后部右側(cè)第一個鋼板彈簧吊耳處不約束,相當于懸空,其余吊耳處實施垂直Y方向的位移約束。這是為了保證消除車架主縱梁的剛體位移,又不影響車架主縱梁的自由變形。3加載及求解半掛車實際工

6、況復雜,所以作用在車架上的載荷變化也很大。貨車額定載荷為20t,并考慮自重,其中額定載荷以均布載荷方式加載。根據(jù)實際情況不同分為以下四種工況。3.1分析工況一:貨物均勻在整個車架上的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)分析。額定載荷均勻加載在整個車架上。加載后如圖1所示。工況二:貨物偏前方的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)分析。額定載荷均勻加載在車架前部,加載后車架圖如圖2所示。工況三:貨物偏中部的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)分析。額定載荷均勻加載在車架中部,加載后車架圖如圖3所示。工況四:貨物偏后部的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)分析。額定載荷均勻加載在車架后部,加載后車架圖如圖4所示。圖1工況一3.2求解由于選的是實體單元,模型尺寸又較大, 節(jié)點及單元數(shù)較多,通過分析比較,又考慮到

7、計算規(guī)模和精度,最終選擇PCG out2of2core(非內(nèi)核的預條件共軛梯度法求解器5。4后處理及結(jié)果分析通過后處理對計算結(jié)果的分析得到各工況下的位移和應力云圖。如圖5圖12所示。圖5工況一位移云圖96014期張孝瓊,等:半掛車車架主縱梁的有限元分析 分析車架變形云圖可以看出,在4種情況下車架變形最大的部位在懸空側(cè)縱梁的中部, 兩端變形較小,符合實際。車架中部較大的變形還有利于改0701科學技術(shù)與工程9卷 圖12工況四應力云圖善車架整體的應力狀況,并起到一定的緩沖作用6。分析車架應力云圖可以看出,應力最大的部位在牽引銷板與縱梁的連接部位和懸架與縱梁的連接部位。各工況計算結(jié)果如表1所示。表14

8、種工況下的計算結(jié)果工況工況一工況二工況三工況四18873635192188736188736由表1可知,車架在4種工況下應力最大值為275MPa 。小于車架所用材料的屈服極限350MPa,則車架結(jié)構(gòu)的強度安全系數(shù)為n =s /max =350/275>1說明在該工況下,車架結(jié)構(gòu)強度是滿足要求的。5總結(jié)本文對重型半掛車車架主縱梁進行了有限元建模和靜態(tài)扭轉(zhuǎn)的強度分析。通過對不同工況下車架的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)強度分析得出了各個工況下車架的最大變形值和發(fā)生最大變形的節(jié)點,并得出了相應工況下車架的最大應力值和最大應力的節(jié)點。最后得出車架的強度符合實際要求的結(jié)論。另外,通過對該車架的靜態(tài)扭轉(zhuǎn)分析還為以后車架的

9、優(yōu)化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)6。參考文獻57學,2007;21東南大學,2007;1213國水利水電出版社,2005;2282326鐘佩思,孫雪顏,趙丹,等.基于ANSYS 的貨車車架的有限元靜態(tài)分析.拖拉機與農(nóng)用運輸車,2008;35(2:8993FE M Ana lysis of M a i n L ong itud i n a l Beam of Sem i 2tra iler Fram eZHANG Xiao 2qi ong,ZHANG W ei 2qiang(College of Engineering,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210031,P