半挂车车架主纵梁的有限元分析[1]
SGA92150型半挂车车架的结构设计与有限元分析

d s n d i i a e .T e e s esa d d f r t n o hefa r ac l t i e f i lme ta ay i s f r n e i e n t sp p r h n t t s n eoma o ft me ae c luae w t t nt ee n l s ot eA s g h h r i r d hh i e n s wa w rb n h b n i l e s T t h d a t cu a S l lme t T e rs t s o a e s e , srn ̄ n t n s f ok e c y k g s mpi d a er e r Sr trl oi ee n . h eu s h w t tt t s i f a l u d l h h r t s a d s f e s o e h i
载重 量大 ,额定 载 重 质量 10t ()半 挂 车 车 架 5 ; 3
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。
重型半挂车架有限元静态分析

重型半挂车架有限元静态分析2007-12-18 [ 字体:大中小 ]1 概述重型半挂车的车架为边梁式结构,中间有两根主承载梁纵梁,纵梁为优质成型工字钢或焊接工字钢,其结构做成阶梯形,以降低重心。
两纵梁间采用焊接横梁,横梁采用优质钢板冲压成型或成型槽钢,两纵梁外侧采用翼梁焊接,翼梁为变截面优质钢板,横梁、翼梁与纵梁连接采用交叉结构,增加了车架抗弯强度和抗扭刚度。
整个车架是全金属结构焊接而成,车架前部可通过牵引销连接牵引车,中前部可停放重型履带式车辆,左右侧分别装有工具箱、防护网和备胎等附件,表面铺有压花钢板和若干防滑条,下部可通过钢板弹簧连接三个车桥,车架为对称结构,如图1所示。
有限元法是一种求解数理方程的数值计算方法,是解决实际工程问题的强有力的分析手段,它的基本思想是将结构进行有限元离散化,用有限个容易分析的单元来表示复杂的工程结构,各单元之间通过有限元节点相互连接,根据有限元理论建立有限元总体方程,然后求解。
其计算结果的可靠性在科学方面已经得到广泛的认可。
ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学和耦合场于一体的大型CAE有限元处理工具。
有限元静态分析为复杂重型车架结构受力分析提供了有效的手段。
在载荷作用点恒定、加载速度缓慢或者为零、加载量值缓慢变化或保持恒定情况下,计算结构的应力、应变、位移的过程,能够在车架设计初期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、应变危险点,同时也能对车架结构优化设计进行分析指导。
在重型半挂车开发设计阶段,由于缺乏必要的动态试验设备和完善的实验方法,对车架在各种载荷工况和路面条件下的可靠性不能进行准确的有效分析和计算。
采用有限元分析,通过建立适当的有限元模型,可在车架的开发设计阶段,对其进行强度分析,以提高车架的开发速度和质量。
2 有限元分析车架静态有限元分析是计算在固定不变的载荷作用下的结构响应,它不考虑惯性和阻尼的影响,如结构随时间变化载荷的情况,静态分析主要是结合有限元理论,从静力学、几何学、物理学三方面对结构进行分析。
低货台半挂车车架静强度有限元分析

1 前 言
大难 度 , 求对 模 型 的受力 情 况 有充 分 的把握 , 悉 要 熟
有 限元 思想 , 且 由于在 分析 时 将纵 梁 、 梁 的翼 板 并 横
低 货 台半 挂 车 是 一 种 低 承 载 面 、 吨位 的 半 挂 大 运输 车 , 要 用于 运 输 挖 掘 机 、 土机 、 路 机 等 大 主 推 压
假设 为 一无 限薄 的 薄壳 , 使 计 算 结 果 与 实 际 情 况 而
有一 定 出入 。 别 是 对 板 上 下 表 面 之 间 的 局 部 应 力 特
型工 程设 备 。在 该 车 中 主 纵 梁 贯 穿 整 个 车 身 结 构 ,
将 所有 的横 梁 联 接 在一 体 , 受 载荷 , 承 并将 载 荷 传递
( 东 工 程 学 院 山 东淄 博 山 25 1 ) 5 0 2
摘 要 : 用 C s ow r s 实 体 单 元 , 某 型 低 货 台 半 挂 车 车 架 两 种 载 荷 工 况 下 的 强 度 和 刚 度 进 行 了 分 采 om s o 的 k 对
析 , 算 出整 个 车 架 的 载 荷 和 应 力 分 布 , 出 了 车 架 的 薄 弱 部 分 。在 此基 础 上 , 车 架 结 构 进 行 了改 进 。 计 找 对
到 牵 引销 及 车桥 。
差几 乎 难 以计 算 , 此 需 与 其 他 方 法 配 合 使 用 。随 因
着计 算 机性 能 的 提 高 及 有 限元 分 析 软 件 的 改 进 , 利 用 实体 单元 (o d 对 整 车 进 行 精确 的有 限元 分 析 已 sl ) i
成 为可 能 。利 用 C s ow rs 限元 分 析 软件 , 用 om s o 有 k 采
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
半挂车有限元车架挠度和模态分析

半挂车有限元车架挠度和模态分析作者:张坤,杨波,杨涛来源:《专用汽车》 2009年第10期1引言随着世界经济的高速发展,半挂牵引车在公路运输中占有越来越大的比重,欧美等发达国家和地区长途货运几乎都由此类车辆完成。
在我国,半挂牵引车也已成为重型专用汽车的第二大品种…。
半挂车车架主纵梁是半挂车的关键部位,它的结构特点是纵梁长、轴距大、货箱面积大,但是由于它承受着半挂车内外的各种载荷,受力非常复杂,所以,在保证车架主纵梁具有足够的强度和刚度的同时,需要防止车架有过大的变形。
当汽车在崎岖不平的道路上行驶时,车架要承受因路面不平整而产生的随机动载荷,并在该振动源的激励下产生振动,如果振源的激励频率接近于车架的固有频率,便会引起共振现象,产生剧烈的振动和噪声,甚至造成结构破坏。
为提高汽车行驶的安全性、舒适性和可靠性,必须对车架结构的固有频率进行分析,通过结构设计避开各种振源的激励频率。
因此,车架结构模态分析在现代汽车结构设计中也具有重要的意义。
2车架的有限元分析2.1半挂车车架的结构本文采用的模型是某厂设计的半挂车车架,主纵梁由四根优质成型工字刚或焊接工字钢组成,分为前后两部分,前段纵梁为阶梯形,承载面下凹距地面较低,以降低重心。
由于货台较长,其行驶的转弯半径较大,通过性不好,因此在空载状态下,需将前货台与后货台直接叉接连接,以提高整车的通过性。
前段纵梁采用冲压钢板成型或成型槽钢连接,后段纵梁上翼板采用扁钢连接,下翼板采用矩形管连接。
因纵梁的截面过高,为防止纵梁的截面失稳,采用加强板把纵梁的上下翼板连接起来。
车架前部通过牵引销连接牵引车,中部可以放置风力发电的叶片等工程机械。
车架表面铺有压花钢板和若干防滑条,车架下部通过钢板弹簧连接三车桥。
半挂车架的尺寸为前端纵梁上、下翼板厚度均为20 mm,腹板高度为510 mm;后段纵梁上下翼板厚度为20 mm,腹板高度为560 111111,三桥轴距为l 850 mm。
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。
某型号矿用半挂牵引车车架的有限元分析

某型号矿用半挂牵引车车架的有限元分析杨扬(神东煤炭集团责任有限公司,榆林719315)摘要:对某型号矿用半挂牵引车车架进行了有限元分析,建立了以壳单元为基本单元并采用多点约束MPC)单元模拟铆钉传力的有限元计算模型。
通过静态分析表明了车架在满载弯曲工况与满载扭转工况下的应力及变形分布情况。
经过模态分析,获得了车架的固有频率和振形特征。
综合分析结果,对车架结构的改进提供了一些建议。
关键词:牵引车;车架;静态分析;模态中图分类号:U463.320.2文献标识码:A0引言矿用半挂牵引车车架作为非承载式车身结构的主要部件,其主要功能是固定汽车的大部分部件的相对位置,还要承载半挂牵引车车身包含的各种载荷。
汽车在行驶时,要承受来自路面的弯曲、扭转载荷以及由路面、悬架等各部件所产生的振动。
车架在设计时,不仅要保证有足够的强度和弯曲及扭转刚度,还要避免车架由外部激振频率所引发的共振导致车架使用寿命的下降。
本文建立了某型号矿用半挂牵引车车架的有限元模型,对其刚度和强度以及模态进行了有限元分析,为以后的结构改进设计提供理论依据。
1半挂牵引车车架有限元模型的建立车架有限元模型建立是采用的壳单元模型,有效避免了横梁连接点不易确定和梁单元模型纵的等一些问题,尤其是能明确展示出连接点位置的变化和加强板以及支架的一些情况,经过与实验数据的比较其计算精度也比较高。
此外,在车架有限元分析中还需要考虑汽车悬架的因素和各种约束模拟。
首先,我们应该在分析的过程中在solidworks或在UG软件里进行建立模型,可以依据其中关联的原则性简单化操作,实体模型如图1所示,接下来把模型快速导入ANSYS里,再采用shell63单元将半挂牵引车架采用整体网格分划,一定要在所有连接点和形状有明显突变的区域进行网格多次细化,在铆接处采取mpc184单元连接,这样半挂牵引车车架就形成了一个新的建模整体。
接下来利用mass21单元和combine14单元以及beam4单元对悬架和轮胎分别进行模拟。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第9卷第4期2009年2月1671—1819(2009、4-1068—04科学技术与工程
ScienceTechnologyandEngineering
VoL9No.4Feb.2009
@2009Sci.TeeKEngnb
半挂车车架主纵梁的有限元分析
张孝琼张维强
(南京农业大学工学院,南京210031)
摘要通过工程分析软件ANSYSl0.0对某半挂车车架主纵梁进行建模、分网、静态扭转分析,得到了该半挂车车架主纵粱在不同工况下的变形量和强度载荷,校核该半挂车车架主纵梁强度是满足要求的。
关键词静态扭转强度分析ANSYS有限元车架主纵梁
中图法分类号U463.32;文献标志玛A
半挂车车架主纵梁是整个半挂车关键部位,它承受着半挂车内外的各种载荷受力非常复杂。
所以,要保证车架主纵梁具有足够的强度和刚度。
采用传统的数学计算方法分析车架的受力情况时,往往会得到高次不静定式方程组,很难得到精确的解析解[1]。
有限元方法是随着计算机技术发展而发展起来的、用于各种结构分析的数值计算方法。
它运用离散概念,把连续体划分为有限个单元的集合,通过单元分析和组合,考虑边界条件和载荷,得到一组方程组,求解此方程组获得相应指标口J。
当前,在计算汽车各部件强度和刚度时,有限元方法得到了广泛的应用。
本文针对某半挂车车架的主纵梁,在静态扭转工况下的强度和刚度的问题,利用ANSYSl0.0有限元分析软件建立了该车架主纵梁有限元模型,并在此基础上进行了位移和应力分析。
1车架有限元模型的建立
1.1模型的简化‘3】
根据圣维南原理,模型的局部细小变化和改动并不影响模型总的分析结果,因此为了简化后续的
2008年10月22日收到
第一作者简介:张孝琼(19r78一),女,硕士研究生,研究方向:车辆设计。
E—mail:zxq304_77@slna.oflqn。
网格划分、减少计算量、提高计算效率,对总的实体模型做如下简化:
(1)部分离应力远的圆弧过渡简化为直角,工艺上需要的倒角、拔模斜度等都不予考虑,这样可以减少在这些区域上的网格划分的数量,提高计算速度:
(2)车架上有些构件,如凸台、销孑L、线路孑L、吊环孔等,仅是为了满足功能要求而设置的对结构的强度没有很大的影响,可以忽略;
(3)除去对车架结构应力分布不产生太大影响的工具箱和防护网等零部件L4J。
1.2材料的力学特性
车架材料采用16Mn低合金结构钢,力学参数如:弹性模量:E=2.1×10nMPa;泊松比:p=0.3;密度:P=7.8×10柚t/mm3;屈服强度:瓯=350MPa1.3模型的网格划分
对于网格划分我们遵循“均匀应力区粗化,应力梯度大的区域细化”的原则,对于具体的模型应该具体对待。
一般来说,网格划分的越细,质量越高,计算精度就越高。
但是网格划分的越细,计算量就越大,要求电脑的配置就越高。
本模型采用solid92单元,网格划分采用ANSYS软件自带的Meshtool工具,设置单元变长为30inIn,采用自由体划分。
车架主纵梁模型共化为196804个单元,396071个节点。
4期张孝琼,等:半挂车车架主纵梁的有限元分析
2约束与边界条件的处理
本文研究的车架主纵梁所对应的为前面牵引
销,后面钢板弹簧的结构。
为便于计算,静态扭转
分析采用刚性支撑。
整个车架上共安装了6个用于连接钢板弹簧的固定支座和吊耳,因此在每个纵梁
底面建立了3个关键点。
车架前端牵引销板处完全固定,施加x,y,z三个方向的全部约束;在车架后部右侧第一个钢板弹簧吊耳处不约束,相当于悬
空,其余吊耳处实施垂直l,方向的位移约束。
这是为了保证消除车架主纵梁的刚体位移,又不影响车
架主纵梁的自由变形。
3加载及求解
半挂车实际工况复杂,所以作用在车架上的载荷变化也很大。
货车额定载荷为20t,并考虑自重,其中额定载荷以均布载荷方式加载。
根据实际情
况不同分为以下四种工况。
3。
1分析
工况一:货物均匀在整个车架上的静态扭转分
析。
额定载荷均匀加载在整个车架上。
加载后如
图1所示。
工况二:货物偏前方的静态扭转分析。
额定载荷均匀加载在车架前部,加载后车架图如图
2所示。
工况三:货物偏中部的静态扭转分析。
额
定载荷均匀加载在车架中部,加载后车架图如图3所示。
工况四:货物偏后部的静态扭转分析。
额定
载荷均匀加载在车架后部,加载后车架图如图4
所示。
图2工况二
图3工况三
图4工况四
及单元数较多,通过分析比较,又考虑到计算规模
和精度,最终选择PCGout.of-core(非内核的预条件
共轭梯度法)求解器‘5f。
4后处理及结果分析
通过后处理对计算结果的分析得到各工况下
的位移和应力云图。
如图5~图12所示。
图1工况一
3.2求解
由于选的是实体单元,模型尺寸又较大,节点
图5工况一位移云图
1070
科学技术与工程
9卷
图6工况一应力云图
图7工况二位移云图
图9工况三位移云图
图10工况三应力云图
图8工况二应力云图
分析车架变形云图可以看出,在4种情况下车
图11工况四位移云图
架变形最大的部位在悬空侧纵梁的中部,两端变形
较小,符合实际。
车架中部较大的变形还有利于改
4期张孝琼,等:半挂车车架主纵梁的有限元分析
图12工况四应力云图
善车架整体的应力状况,并起到一定的缓冲作用‘6】。
分析车架应力云图可以看出,应力最大的部
位在牵引销板与纵梁的连接部位和悬架与纵梁的连接部位。
各工况计算结果如表1所示。
表1
4种工况下的计算结果
由表l可知,车架在4种工况下应力最大值为
275
MPa。
小于车架所用材料的屈服极限350
MPa,
则车架结构的强度安全系数为n=or/盯一=350/275
>1说明在该工况下,车架结构强度是满足要求的。
5总结
本文对重型半挂车车架主纵梁进行了有限元
建模和静态扭转的强度分析。
通过对不同工况下车架的静态扭转强度分析得出了各个工况下车架的最大变形值和发生最大变形的节点,并得出了相应工况下车架的最大应力值和最大应力的节点。
最后得出车架的强度符合实际要求的结论。
另外,
通过对该车架的静态扭转分析还为以后车架的优化设计奠定了基础∞3。
参考文献
l陈大陆.车架结构设计优化.拖拉机与农用运输车,2004;4(2):
5—_7
2高云凯.汽车车身结构分析.北京:北京理工大学出版社,20063王珲云.低速载货汽车车架静动态特性研究,南京:南京农业大
学,2007;21
4俞德津.基于有限元理论的重型半挂车车架动静态分析.南京:
东南大学.2007;12一13
5博弈创作室.ANSYS9.0经典产品基础教程与实例详解.北京:中
国水利水电出版社,2005;228--232
6钟佩思.孙雪颜,赵丹。
等.基于ANSYS的货车车架的有限元静
态分析.拖拉机与农用运输车,2008;35(2):89—93
FEMAnalysis
of
Main
Longitudinal
Beam
of
Semi-trailerFrame
ZHANGXiao—qiong,ZHANGWei—qiang
(CollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210031,P.R.China)
[Abstract]ThemodelofMainLongitudinalBeamofSemi—trailerFrameissetupandthemodelismeshedand
thestatictorsionstrengthanalysisismadebyengineeringanalysissoftwareANSYSl0.0.Finally,gettingthede-formationvalueandstrengthenloadofMainLongitudinalBeamofSemi—trailerFrameindifferentconditionsandcheckingthestrengthofframeissatisfied.
[Keywords]
static
torsionstrengthenanalysis
ANSYS
FEMmain
longitudinal
beamofsemi-
trailer
frame。