半挂车牵引座鞍体的有限元模态分析
半挂牵引车整车结构有限元分析的开题报告

半挂牵引车整车结构有限元分析的开题报告一、研究背景和意义随着交通运输业的发展,半挂牵引车的使用越来越广泛,而对其安全性能的研究也越来越重要。
传统的半挂牵引车结构设计多采用经验式或试错方法,难以充分考虑车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形,因此需要采用有限元方法对其整车结构进行分析和优化设计。
本研究旨在通过有限元分析方法,建立半挂牵引车整车模型,对其结构进行静力学和动力学分析,探索提高半挂牵引车结构的安全性能和效率的途径,为半挂牵引车的工程设计和制造提供理论依据和技术支持。
二、研究内容和方法本研究将采用有限元分析方法,建立半挂牵引车整车模型,研究其静力学和动力学性能。
具体研究内容包括:1. 建立半挂牵引车整车有限元模型,包括车架、车轮、悬架系统、驱动系统等部件。
2. 对半挂牵引车整车进行静力学分析,计算其在不同载荷条件下的应力和变形情况,并分析其承载能力和耐久性。
3. 对半挂牵引车整车进行动力学分析,模拟车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形,计算其对车辆性能的影响。
4. 优化半挂牵引车整车结构设计,探索提高车辆结构安全性和效率的途径。
本研究主要采用理论分析和计算机仿真方法进行。
三、研究计划本研究计划分为以下阶段:1. 文献调研和理论分析,研究有限元分析方法在半挂牵引车整车结构分析中的应用,明确研究的目的和内容。
2. 建立半挂牵引车整车有限元模型,包括车架、车轮、悬架系统、驱动系统等部件。
3. 对半挂牵引车整车进行静力学分析,计算其在不同载荷条件下的应力和变形情况,并分析其承载能力和耐久性。
4. 对半挂牵引车整车进行动力学分析,模拟车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形,计算其对车辆性能的影响。
5. 优化半挂牵引车整车结构设计,探索提高车辆结构安全性和效率的途径。
6. 编写研究报告,总结研究成果,并提出进一步研究的方向和建议。
四、预期成果和意义通过有限元分析方法,本研究将得到半挂牵引车整车结构的静力学和动力学特性参数,为提高半挂牵引车结构的安全性能和效率提供技术支持。
重型半挂车车架有限元分析

重型半挂车车架有限元分析作者:北京理工大学林程陈思忠吴志成摘要:本文采用了参数化建模方法建立了60t 重型半挂车车架有限元模型,采用了曲棱四面体等参单元,比传统方法提高了建模效率和可修改性以及计算精度。
文中介绍了车架有限元模型的简化方法和不同工况下的力学模型抽象方法,根据计算结果,改进了结构并进行了验算,最后对有限元计算误差产生的可能原因进行了论述。
关键词:车架半挂车有限元方法参数化建模1 前言泰安专用汽车制造厂开发研制的重型半挂车将承担60t 坦克的运输任务,为了全面了解该半挂车车架在不同工况下的强度和刚度状况,确定应力危险点、进行优化分析等,对其进行了有限元分析。
分析计算利用Pro/Engineer 软件对车架进行了三维实体参数化建模,并将模型导入Ansys 软件中进行边界条件设定、加载、网格划分、计算及后处理。
该方法的优势在于充分发挥了这两种的优势,Pro/Engineer 软件是功能强大的参数化建模软件,可轻易实现三维实体模型的建立和修改;而Ansys 软件是著名的工程分析软件,但在建立象半挂车车架这样复杂的实体模型方面,明显能力不足。
现通过接口程序实现模型传递,将两种软件有机结合起来,取得了很好的效果,具体流程参见图1。
图1 有限元计算流程2 车架参数化建模2.1 车架结构特点分析半挂车车架包括两根纵梁和若干根横梁,皆为厚板和型材组焊而成。
车架前部可通过牵引销连接牵引车,中前部可停放坦克,左右侧分别装有工具箱和备胎等附件,尾部可连接渡板。
表面铺有压花铝板和若干防滑条,下部通过相互串通的空气弹簧连接五个车桥。
车架为对称结构,但受力不对称。
表1 计算中采用的主要半挂车参数2.2 结构简化根据车架的结构与工作特点,在有限元分析计算前将对车架划分实体单元,因此需进行实体建模。
但在实体建模时应充分考虑未来划分单元的密度和质量,必须尽量在不影响精度的前提下对模型进行简化。
简化工作主要包括:(1) 忽略了刚性较差的4mm 压花铝板(平板)(2) 忽略了细长的防滑条进行(3) 对结构中细小的结构(如细小的倒角等)进行简化和忽略在Pro/Engineer 软件中对挂车车架进行参数化建模,装配模型如图2 所示。
基于Hyperworks的半挂车有限元分析

基于Hyperworks的半挂车车架结构分析与改进在设计车架过程中,车架材料主要应用QH70钢或16Mn低碳钢等,全铝制车架出现得非常少,在满足车架的强度刚度的情况下,铝制车架相比钢制车架能够减轻重量,提高负载,提高车辆的使用寿命,给物流公司提高运输效率,大幅降低物流成本。
因此,对铝制车架的研究是现在非常重要的趋势。
1 某型号半挂车车架介绍某厂的全铝半挂车结构纵梁采用工字梁结构,长度12950mm,工字形断面,高度485mm,采用6061T6铝合金组焊。
横梁采用整体贯穿式,槽形断面高100mm、宽48mm,采用厚3.5的6061T6铝合金板冲压成形。
纵梁之间不等距布置7根加强横梁。
车架前部缩颈,底部焊接有牵引销支承板并焊接着牵引销,中部安装支腿,后部焊接弹簧支架,前、后焊接保险杠横梁。
半挂车外形和具体结构如图1、图2所示。
其主要部件有车架、支腿、箱板、护栏、悬架、轮胎、备胎架等。
其中,主要由各种纵梁和横梁构成的底架是构成车架完成承重运输的核心部件之一,如图3。
半挂车主要的技术参数如表1所示。
2 建立车架的有限元模型根据某半挂车厂提供的二维设计图纸,在用proE建立模型之后,用igs文件导入到HyperWorks分析软件的hypermesh前处理软件,导入HyperWorks软件中的几何模型如图4所示。
2.1 网格的划分对车架结构的每个零件分别抽取中面,在中面上进行壳单元的网格划分,经过粗略计算,需要网格限制在软件允许范围内,为主纵梁和边梁划分20mm的网格,对其他横梁、加强梁等件划为10mm的网格,对于所加约束附近与孔附近,需要进行网格细密处理,壳单元网格划分好后,根据图纸,在零件之间的焊接连接处,用weld焊接单元模拟焊接连接,在螺栓连接处,用两个rigids刚性单元之间用Cbeam 杆单元连接来模拟的螺栓连接,使建立的半挂车车架有限元模型能够最真实反映实际车架的力学性能。
图5为网格划分局部放大图。
半挂牵引车车架强度的有限元分析

2 邓楚南 ,何天明. 半挂车车架有限元强度分析. 武汉汽车工业大学 学报 , 1997 ( 2) : 10~13
3 李德信 ,吕江涛 ,应锦春. SX360 自卸车车架异常断裂原因分析. 汽车工程 , 2002 (4) : 348~352
4 周志革 ,王金刚. 轻型货车车架纵梁异常开裂原因的分析. 汽车工 程 , 2004 ( 2) : 229~232
97
99. 5
97. 5
99
表 5 ZH1110 柴油机消声器台架试验对比数据
项 目
无消声器 原消声器 新消声器
测点 ③处总的声压级 / dB (A ) 消声器的衰减量 ΔL / dB (A )
功率损失 / kW
功率损失百分比 / %
标定工况燃油消耗率 /〔g· ( kW ·h) - 1 〕 燃油消耗率增加值 /〔g· ( kW ·h) - 1 〕 燃油消耗率增加百分数 /% 整机噪声 5 点 加 权 平 均 声压级 / dB (A )
2 载荷与工况的确定
2. 1 载荷条件的确定 车辆满载时作用于车架上的载荷包括动力总成
和驾驶室及乘员以及来自于挂车鞍座处的挂车载荷 。 在计算过程中 ,将车架质量平均分配到各单元上 ;其 中动力总成为 5 000 N、驾驶室及乘员共重 5 000 N ,这 两个力分别按照安装位置分配到相应的支承节点上 ; 挂车载荷为 227 500 N,此载荷通过挂车鞍座施加给 牵引车车架 ,应将其分解为两个集中力和力矩分别作 用到鞍座左右两孔中心处 ,如图 2所示。
由图3可知原始设计方案和改进设计方案在不同工况下主要应力集中部位都在侧翼板前部的螺栓连接处危险位置i和前钢板弹簧后吊耳固定处危险位置并且改进设计中侧翼板前部螺栓连接处的应力集中部位随着侧翼板向前的延伸而前移图3b
基于整车建模的半挂牵引车有限元分析

摘 要 : 调 研 国 内 外相 关研 究 的 基 础 上 , 某 半 挂 牵 引 车 整车 结 构进 行 了 建模 , 对 该 牵 引车 进 行 了静 态 电测 试 验 , 在 对 并
为有 限 元 分 析提 供 实 践 依 据 同 时 验证 了 有 限元 模 型 的 正 确 性 。 利 用 已验 证 的 有 限 元 模 型 , 分析 了 该 牵 引车 在 弯 曲
f rt e f ie ee n n ls .a d t e t s c n as e i h o r cn s ft e f i l me tmo e.Usn e v r e o nt lme ta ay h i n h e t a lo v rf t e c re te so h n t e e n d 1 v i e igt ei d h i f
t n. it g c n i o e re c r k n o d t n a d e r e c u n c n i o . e a t o n d d l n lss o i t s n o dt n, meg n y b i c n i o n me g n y t E o d t n Th u h r Ia e mo a a y i n o w i i a g i i a t e o e al t cu e o e t c o s w l h v r l sr t r f h r t ra e 1 u t a . Ke r s s mi a lrt c r f i lme t me h d, v r l s u t r d e ;t n t n l s , d la a y i ; y wo d : e t i a t , n t ee n ; t o o e al t cu e mo l sr g h a ay i Mo a n l s r e r o i e r e s s
半挂车牵引座鞍体的有限元模态分析

其动态特 眭直接影响到牵 引座整体的动态特 载 、 向以及连接牵 引车和挂 车的作用 , 转 而鞍体是牵引座 的重要 它部件的复杂振动 ,
★来 稿 日期 :0 9 1 — 1 女基 金 项 目 : 江 市 科 技 成 果 转 化 基 金 项 目 2 0 — 0 1 镇
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【 要】 分 挂 引 鞍 振 性,得 摘 为了 析半 车牵 座 体的 动特 获 振动固 频率 相 振型, 模态 析 i 有 和 应 应用 分 理
; 论对鞍体进行有限元模 态分析 。 通过 C TA软件建立了半挂车牵引座鞍体三维实体模型 , AI 在有限元分析 {
;软件A SS 利用S EL3 NY 中 H L6 单元对其进行网 格划分, 建立了 鞍体的有限元 模型。通过有限元计算提取 l i鞍体前六阶模态固 有频率和相应振型, 获得其振动强弱分布情况并 提出 相应的改进措施, 鞍体的改 l 为 进
lte—iesn ah s AI f a , d H L6 eet aue tgts i i to h ed noagp i TAst ea EL3 l nW s d n p i n l r m il r cC ow r nS e m s d o ei g d g a t tr r i
陈 秀梧 何 仁
( 江苏大 学 汽 车与 交通工 程学 院 , 镇江 2 2 1 ) 1 0 3
F nt lm e tm o a n lss o h a d e o h i h wh e i i ee e n d I ay i ft e s d l f e f t e J a t f
半挂牵引车牵引座强度设计及整车稳定性分析

AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计半挂牵引车牵引座强度设计及整车稳定性分析代辉中国石油运输有限公司新疆配送分公司 新疆喀什地区 844000摘 要: 文章以半挂牵引车牵引座强度设计及整车稳定性分析为研究对象,首先对半挂牵引车牵引座工作原理进行了简单的介绍,随后对半挂牵引车牵引座强度设计优化进行了系统的探讨与分析,最后讨论了影响半挂牵引车整车稳定性因素,以供参考。
关键词:半挂牵引车 牵引座 优化设计 稳定性 分析1 引言牵引座作是牵引车和挂车之间重要的连接部件,在车辆行驶过程中,牵引座会因此承受一些荷载带来的压力,并且这些荷载种类也比较多,比较常见的有垂直载荷、冲击载荷等,对于牵引座结构而言,如果本身没有足够的强度与刚度,容易产生变形,严重影响半挂牵引车安全。
因此有必要从设计层面入手,做好半挂牵引车牵引座强度优化设计分析,并对整车稳定性进行分析探讨,更好的保护半挂牵引车行驶安全。
2 半挂牵引车牵引座工作原理半挂牵引车牵引座在实际工作时,主要依据的原理如下:首先,想要半挂车与牵引车分离,需要打开牵引座的保险销,此时脱钩才会分开,然后拉动拉环,在拉环的带动下,牵引钩会绕销座方向进行转动,从而改变牵引钩的开口方向,原本牵引状态下,开口方向朝里,现在需要分离,因此开口方向会朝外,牵引销便得以直接从U形开口处脱钩,自此半挂车与牵引车将会分离。
当需要进行半挂车与牵引车连接时,重复上述步骤,即改变U牵引钩的开口方向,能够成功对接引销,为了促进半挂车与牵引车两节,需要驱动牵引车向后倒车,促使牵引销与牵引钩对撞在一起,在这一过程中,能够顺利将已经对准的牵引销包住,牵引钩也会固定死亡,成功将二者连接在一起。
最后,再将外部保险销归位,全面保证半挂牵引车行驶安全[1]。
3 半挂牵引车牵引座强度设计优化在本次半挂牵引车牵引座强度设计优化过程中,文章主要将牵引座鞍体优化设计作为研究对象,具体优化设计内容如下:首先,需要优化设计数学问题模型。
铝合金半挂车车架结构设计及有限元分析

铝合金半挂车车架结构设计及有限元分析摘要:现阶段,在各地进行物资交换的运输过程中,半挂车具有高效、灵活的优点,在运输领域发挥着重要的作用。
半挂车不仅可进行滚装运输、区间运输和甩挂运输,而且具有装卸方便,运输效率高、可靠、安全,运输成本低廉的优点。
半挂车将向节油环保、轻量化、专业化、多样化以及标准化未来的发展方向,对于不同半挂车生产厂家而言,半挂车车架在满足刚度以及强度的同时,半挂车车架的轻量化不仅会为企业自身带来更大的利润,也会提升企业自身的市场竞争力。
因此对半挂车车架进行有限元分析与轻量化问题的研究有着十分重要的意义。
关键词:铝合金;半挂车车架结构设计;有限元分析引言随着我国经济的快速发展,电商、快递业爆发式增长,货物运输量剧增,导致商用物流车需求加大,物流运输行业竞争加剧。
为控制成本,增加货运量,各物流企业对车辆的性能、油耗、载质量利用率要求越来越高,而解决上述问题的最佳方案莫过于减重。
轻量化对传统燃油汽车可显著降低油耗,对新能源汽车可增加续航能力,对于商用物流车最明显的优势是多拉货物,空载降低油耗,从而在相同运费情况下降本增效。
车架是半挂车最关键的部件,承载着整车载荷。
因此,车架轻量化要充分考虑其强度和刚度,目前钢制半挂车车架纵梁、横梁普遍采用高强钢板冲压、折弯成型,再焊接而成。
相对于低碳钢车架,高强钢车架在钢板壁厚上做了一定程度的减薄,因其材料屈服和抗拉强度高,也能满足使用要求,轻量化效果也不错。
但因钢板壁厚薄,工作环境恶劣,容易锈蚀,影响车架强度,使用寿命很短。
铝合金密度仅为钢的三分之一,其表面有一层致密的氧化膜,可隔绝空气与铝的接触,作为车架材料永不生锈。
通过合理的结构设计,将铝合金应用于该领域,实现轻、强、耐用的效果,对半挂车的轻量化很有意义。
1半挂车车架有限元分析1.1有限元法概念有限元法是用简单的问题替换复杂的问题并进行求解,具有计算精度较高的优点,可对不同复杂形状的工程问题进行科学有效的分析以及计算。
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万方数据
6陈秀梧等:半挂车牵引座鞍体的有限元模态分析第8期
性、使用性能和可靠性。
从收集到的资料来看,目前国内外对牵引座的研究主要集中在试验方法的研究和结构形式的介绍上,而有关牵引座动态分析的文献并不多。
在牵引座实际使用过程中,其系统有可能会发生共振,动应力急剧增大,导致鞍体过早地出现疲劳破坏。
因此,在设计阶段利用动力分析方法对牵引座鞍体的动力学参数进行分析求解成为了一种必要的方法。
针对宝华半挂车配件有限公司提供的50号牵引座的结构特点,利用CATIA三维软件建立其三维实体模型,并利用有限元法对其进行约束模态分析,得到了鞍体前六阶约束模态的固有频率和相应的振型,为改进鞍体的结构设计提供一定的理论根据。
2牵引座鞍体有限元模型的建立
2.1实体模型的建立
某半挂车配件有限公司提供的50号牵引座鞍体是—个内凹式的结构,在其内部布有横板、挡板、传力件等部件,在建立其三维实体模型的时候考虑到其计算精度的影响和有限元模型的计算规模,可以对其进行相应的化简。
在研究过程中,考虑到该鞍体的结构特点,利用CATIA三维建模软件对其进行实体的建模,然后再抽取其各个表面,为后续有限元模型的建立提供方便,所建立的模型,如图1所示。
图l鞍体的三维模型
2.2有限元模型的建立
通过ANSYS软件提供的CAD接口,将牵引座鞍体的三维模型导入ANSYS软件中,根据其结构特点,选用ANSYS软件中提供的SHELL63单元进行模拟分析。
利用SHELL单元进行模拟比较详细,所以计算的精度相应也就比较高些。
然后根据该牵引座鞍体的实际结构对各个部分赋予相应的厚度。
50号牵引座鞍体的材料为Q235,其弹性模量为2.IxlOSKPa,泊松比为0.3,密度为7.Sxl0-6KgJmm3。
在定义好单元属性和材料属性后,对其进行网格划分,划分后得到32619个节点,32779个单元,划分结果较为理想,得到的网格,如图2所示。
图2鞍体网格模型
2.3边界条件的施加
根据牵引座在牵引车上的安装方式以及牵引座中各个部件的连接方式,对其进行如下约束:两侧外挡板中心圆孔以及左右内挡板中心圆孔的上半部分的节点上施加x、y、Z方向上的移动自由度和y、Z方向上的旋转自由度,如图3所示。
图3鞍体的约束处理
3牵引座鞍体有限元模态理论分析模态分析是机械和结构动力学中一种极为重要的分析方法,它的核心内容是确定设计结构或机械零部件的振动特性,获得得结构固有频率和振型等模态参数。
将鞍体结构近似看作线性系统,根据弹性力学有限元法,经分析可得牵引座鞍体振动系统的运动微分方程为:
[肘]{戈(£)}+[c]{萱(t)}+[K]{X(t)}-{只£)}(1)式中:[脚、[c]、暖卜_蝴质量矩阵、阻固坪轷Ⅱ阿忮矩阵;
{敷t)}、tX(t)}、{x(t)}—量和位移向量;
{州f)}一动激励载荷向量。
进行鞍体的约束模态分析,无需考虑外力作用,即{只t)}=o。
因结构阻尼较小,对固有频率和振型影响很小,所以常常忽略不计。
在这种情况下,分析结构的固有频率和振型问题转化为求解特征值和特征向量问题。
所以,基本振动方程式(1)中的[C]、{工(t)}和{Rf)}均为零。
所以:
[jlf]{戈(f)}+[K]{x(t)}=0(2)假设结构作如下形式的简谐振动:
{x(£)}_{弱}sin(wt)(3)将式子(3)代入式子(2)中可得:
([K]—护[M]){x。
I=o(4)自由振动时结构各节点的振幅{‰}不全为零,所以由式子(4)可得:
I[K]—舻[M]I=0(5)结构的刚度矩阵[K]和质量矩阵[脚均为n阶方阵,其中疗为节点自由度的数目,所以式子(5)是关于舻的n次方程,解此方程可得结构的n个固定频率;舻成为广义特征值,对应于每一个固有频率。
由式子(5)可以确定一组各节点的振幅值{凰},工程上称为振型。
因此,通过求解式(5)就可求得系统的固有频率和相应的振型。
4牵引座鞍体有限元模态分析
4.1牵引座鞍体约束模态分析结果
通过约束模态的分析,可得出鞍体各部分的振动强弱分布情况,从而为鞍体的结构改进提供必要的依据。
对牵引座鞍体进行有限元模态的求解,通常只需求解出前几阶模态即可。
在研究过
程中,采用BlockLanczos法分析提取了鞍体前六阶模态,其固有万方数据
万方数据
半挂车牵引座鞍体的有限元模态分析
作者:陈秀梧, 何仁, CHEN Xiu-wu, HE Ren
作者单位:江苏大学汽车与交通工程学院,镇江,212013
刊名:
机械设计与制造
英文刊名:MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE
年,卷(期):2010(8)
1.杜黎蓉.林博正CATIA V5三维零件设计 2005
2.邓凡平ANSYS10.0有限元分析自学手册 2007
3.Y.Reboh.S.riza.A Reguly.T R Strohaecker Failure analysis of fifth wheel coupling system 2008(4)
4.杨通顺半挂牵引车牵引座要览(上) 2004(46)
5.杨通顺半挂牵引车牵引座要览(下) 2004(47)
6.朱伯芳有限单元法原理与应用 1998
7.Fernandes P J.L Examination of a failed fifth wheel coupling 1998(1)
本文链接:/Periodical_jxsjyzz201008003.aspx。