基于ANSYS的自卸车副车架有限元分析及结构改进
基于ANSYS某断裂副车架的结构改进
由于 该 自卸 车 副 车 架 结 构 简 单 ， 此 直 接 在 因 ＡＮＳ ＹＳ软件 中建模 。考 虑 到倒 角 对 计算 结 果 影 响 很
小， 但却 极大 地影 响计 算速度 ， 以在 建模 时忽 略 了倒 所
收 稿 日期 ：２ １— １ ２ ｝修 回 日期 ：２ １ —２ Ｏ ０ １１ — ８ ０ １ １一 ８
０ 引 言
角， 并且认 为 结构 中的焊 接是理 想 连接 。 １３ 副车 架的有 限元模 型 ． 本文 采用 Ｓ ｌ ２的单 元 类 型 ， 是 带 有 中 间节 ｏｉ ９ ｄ 它 点 的四面体 结 构 ， 能很 好 地划分 不规 则 的网格 ， 有可 具
某 公 司生 产 的 自卸 车被广 泛使 用 于建筑 工地 及各
况进 行 静 态 分 析 ，得 出变 形 图及 应 力 分 布 规 律 ，最 后 对 应 力 集 中部 位 进 行 结 构 改 进 以提 高 其 使 用 强 度 。
关 键 词 ：ＡＮＳ Ｓ 副车 架 ；静 态 分 析 ；有 限元 分 析 Ｙ ； 中 图分 类 号 ：Ｔ ３ ＴＨＩ ３ ４ Ｐ １： ２ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ
轴 在卸 货 时承受 载荷 ， ｘ加强 梁起 抗扭作 用 。
边 界条 件 的处理 是 有 限元 计 算 的关键 ， 照实 际 按
情况， 只有 副车架 中 的两 根 纵 梁直 接 承 受 着满 载车 厢
的重量 。 已知该 车 满 载 车 箱 的重 量 为 １ ×１ Ｎ， ６ Ｏ 因
此求 得每 根纵 梁承受 的载荷 为 ８ Ｏ ×ｌ Ｎ。
构 ， 要 由 ２根 纵梁 、 主 ６根 横 梁 焊 接 而 成 。纵 梁 为 长
５６ ０ｍｍ 的薄 壁 箱 形 梁 ， ０ 由板 厚 ７ ｍＥ 的 Ｑ３ ５ ４ ｂ结
基于ANSYS的自卸车结构有限元分析
第３ｌ卷第０２期基于ＡＮＳＹＳ的自卸车结构有限元分析——朱颜．等Ｖ０１．３１Ｎｏ．０２行划分，建立相应的有限元模型（图略）。
圈１整车结构的几何模型①车架模型坐标方向的定义：坐标原点位于车架上表面的最后端中心位置．Ｘ轴正向沿车架从后向前方向．１，轴正向沿车架从左向右。
按照右手准则定义Ｚ轴。
②边界条件的处理：必须既可以有效地约束车架的刚体自由度．又尽可能地模拟车架的实际工作状态。
这里利用自由度耦合技术可以有效地对钢板弹簧与车架、副簧与车架的连接方式进行建模。
在ＡＮＳＹＳ中的自由度耦合主要有耦合（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）和约束方程（ＣｏｎｓｔｒａｉｎＥｑｕａｔｉｏｎ）两种方法。
’钢板弹簧与车架的连接不是固连．而是在一定自由度上可以发生相对运动：卷耳处可以发生相对转动。
吊耳处可以发生相对转动和滑动。
这里利用自由度耦合来模拟钢板弹簧与车架之间的这种连接：在卷耳处车架与钢板弹簧对应节点耦合巩、巩、阮三个方向的移动自由度，这样的处理附带着约束了ＲＯＴＸ、ＲＯＴＺ两个方向的转动自由度；在吊耳处车架与钢板弹簧对应节点耦合巩、巩两个方向的移动自由度。
这样的处理附带着约束了ＲＯＴＸ、ＲＯＴＺ两个方向的转动自由度。
这样处理的前提是：钢板弹簧与车架连接位置是完全莺合的２条线．分属于钢板弹簧和车架这２条线必须节点一致（霞合）。
副簧与车架之间的连接通过约束方程来实现．进行主副簧结构的建模时．考虑主副簧结构实际上是一个具有刚度不连续的非线性弹簧系统．在进行超载工况下的车架静力学分析时．可以认为副簧始终起作用（与车架保持连接）。
在本课题中，初始状态下副簧与车架之间具有４０ｍｍ的间隙，因此．主、副簧在ｌ，方向的位移是不相等的．主簧的位移比副簧的位移大４０ｎｕｎ。
这里利用约束方程Ｍ广蜮＝４０来模拟副簧结构的工作特性（其中ｕ。
是副簧上边线节点的ｌ，方向位移；ｕ：是副簧托架对应节点的ｙ方向位移）。
③钢板弹簧是整个车架的支承部件，对于车架的应力分布和固有振动特性均有决定性的影响．这里利用一段圆弧状的钢板模拟实际的钢板弹簧．在线性范围内可以获得比较好的近似。
基于ANSYS的自卸车结构有限元分析.kdh
煤矿机械Coal Mine MachineryVol.31No.02Feb.2010第31卷第02期2010年02月4讨论双伸缩臂装载机工作装置上的阻力矩可分为2个阶段，即掘起和举升。
掘起阶段的掘起力发生在一个瞬间，由于掘起力、部件重力的位置相对不变，因此阻力矩也相对不变。
此时虽然阻力矩大（约为365kNm ），但举升缸轴线对装载塔铰点的距离也大（约为582mm ），因此举升缸的受力也仅为726kN 。
在举升阶段（包括提臂和伸出），各个载荷的位置是变化的，因此阻力矩则是各载荷位置的函数，常规计算是比较繁琐的。
尽管此时的阻力矩要比掘起阶段的小，但举升缸轴线对装载塔铰点的距离也在变化，并不断变小（最小约为236mm ），因此当铲斗达到最高最远卸载位置时举升缸的受力也达到了712kN 。
为验证仿真的可靠性，对举升液压缸在上述2种工况下的受力情况进行了常规方法的计算校核，计算表明仿真结果是正确的。
参考文献：［1］宁晓斌，孟彬，姚宏，等.装载机工作装置强度的动态仿真研究［J ］.工程机械，2008（5）：16-19.［2］郑夕健，莽琦，谢正义，等.基于ADAMS 的轮式装载机运动学及动力学仿真分析［J ］.机械设计与制造，2009（2）：206-208.［3］曹旭阳.装载机工作装置的仿真与校核［J ］.建筑机械，2008（3）：76-80.［4］夏兆沂，赵鹏，张涛.装载机工作装置特性曲线实用问题分析［J ］.工程机械，2009（2）：20-22.［5］王虎奇，陈树勋.装载机工作装置动作仿真求解前车架动力载荷［J ］.工程机械，2008（2）：32-34.作者简介：焦恩璋（1954－），江苏苏州人，副教授，研究方向：机器人学，机电一体化，工程机械，计算机图形学，电子信箱：jez@.责任编辑：于秀文收稿日期：2009－08－03!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!1自卸车原始结构有限元模型的建立1.1原始结构的几何模型的建立自卸车常常是用于矿山、工地、港口等路况较差的三级公路以下或矿山自修土路的运输设备，其运行环境复杂，工作条件恶劣。
基于ANSYS的车架有限元分析
摘要汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要内容。
在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车内、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。
本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。
同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。
关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析AbstractThe automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (3)1.5 本文的主要研究内容 (4)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (5)2.1 有限元法简介 (5)2.2 CATIA软件简介 (8)2.3 车架几何模型建立 (10)2.3.1车架几何模型简化 (10)2.3.2 车架几何模型建立 (10)2.4 车架有限元模型建立 (13)2.4.1 网格划分前处理 (13)2.4.2 车架有限元网格的划分 (14)3 车架有限元静态分析 (18)3.1 汽车车架刚度理论 (18)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (18)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (18)3.2 车架载荷分类与处理 (19)3.2.1 静载荷 (19)3.2.2 动载荷 (19)3.3 车架工况的有限元分析 (19)3.3.1 满载弯曲工况 (20)3.3.2 满载扭转工况 (22)3.3.3 紧急制动工况 (24)3.3.4 紧急转弯工况 (25)4 车架有限元模态分析 (28)4.1 模态分析简介 (28)4.2 模态分析基本理论 (28)4.3 车架的模态分析 (29)4.4 车架模态分析结果评价 (35)结论 (38)致谢 (41)参考文献 (42)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。
基于ANSYS的自卸车副车架有限元分析及结构改进
中 图分 类 号 ：Ｈ１２ Ｔ ２ ６ Ｔ １ ；Ｐ ０
文 献标 识 码 ： Ｂ
文 章 编 号 ：０ ０ ４ ９ （０ ２ ４ ０ ２ － ３ １ ０ — ９ ８２ １） — ０ ２ ０ ０
对 这 一 情 况 ， 用 ＡＮＳ 运 ＹＳ软 件 对 副 车 架 受 力 情 况 进 行
ＹＪ １ ８型 自 卸 车 用 于 矿 山 等 野 外 作 业 场 所 的 运 ３２ 输 ， 具 有 牵 引 力 大 、 重 量 大 、 格 低 等 优 点 ， 卸 车 它 载 价 自 主要 部件 为 主 副车架 、 驶 室 、 箱 、 压举 升 机构 、 驾 货 液 发 动 机 、 速 器 等 ， 个 部 件 对 于 汽 车 的 质 量 以 及 使 用 寿 减 各 命 都 有 重 要 的 影 响 ， 其 中 副 车 架 的 设 计 是 整 车 设 计 中 关 键 的 一 环 。 车 架 起 连 接 主 车 架 和 货 箱 的 作 用 ， 在 副 旨 确 保 主 车 架 载 荷 的 均 匀 分 布 ，并 增 加 主 车 架 的 强 度 和 刚 度 。 该 车 正 常 使 用 ３ ５个 月 左 右 ， 车 架 纵 梁 宽 度 在 ～ 副 转 折 处 和 方 横 梁 处 就 出 现 了 焊 缝 开 裂 （ 图 １ ， 机 如 ）司
程 度 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ软 件 对 副车 架 结 构在 不 同工 况和 不 同栽 荷 下 作 全 面 的 有 限 元 分 析 ， 出其 疲 劳裂 纹 产 生 的 原 因 ， 厂 采 ＮＹ 找 为
家提 出 了优 化 的 改进 方案 。 关 键 词：有 限 元 分 析 副 车 架 工况 疲 劳 裂 纹
ＧＰ ， 松 比 为 ０ ３ 密 度 Ｐ 为 ７ ８ １ ｇ ｍｍ 最 小 屈 ａ泊 ．， ．ｘ ０ ／ ；
基于ANSYS的车架结构优化设计
基于ANSYS的车架结构优化设计车架结构在汽车工程中起着至关重要的作用，它是支撑整个车辆的骨架，承受着来自地面、悬挂系统和动力系统的力和扭矩。
为了满足车辆的性能要求，提高安全性和降低噪音振动，车架结构需要进行优化设计。
本文将通过使用ANSYS软件进行车架结构优化设计，并详细介绍整个优化设计过程。
第一步是建立车架的有限元模型。
有限元分析是一种以离散化方法来近似连续物体的一种数学方法。
在车架结构的有限元建模中，可以使用SOLID186单元来模拟车架的实体结构。
同时，还需要将汽车的质量、车轮的载荷等加载到有限元模型中。
第二步是进行静态结构分析。
静态结构分析是车架结构优化设计的基础，可以评估车架在不同载荷情况下的应力和变形情况。
在进行静态结构分析之前，需要根据汽车设计标准和车辆使用条件来确定适当的载荷情况。
采用ANSYS软件进行静态结构分析，可以得到车架的应力和变形分布情况。
第三步是进行优化设计。
优化设计是车架结构设计中的重要环节，可以通过调整车架的材料、形状和尺寸等参数来改善车架的性能。
在ANSYS 中，可以使用自动优化工具进行优化设计。
首先，需要定义优化目标函数和约束条件，例如最小化最大应力、最小化车架的质量等。
然后，可以选择不同的优化算法，如遗传算法、粒子群优化等，来最优解。
通过多次迭代和分析，可以逐步得到最优的车架结构。
第四步是验证优化结果。
在优化设计完成后，需要进行验证来确认优化结果的可行性和有效性。
可以对优化后的车架结构进行静态结构分析、模态分析和疲劳寿命分析等，来评估车架的性能和可靠性。
如果结果满足要求，就可以进行后续的制造和测试。
总之，基于ANSYS的车架结构优化设计可以帮助工程师更好地理解和改善车架的性能。
通过使用ANSYS软件进行有限元建模、静态结构分析、优化设计和验证，可以得到最优的车架结构，提高汽车的性能和安全性。
同时，车架结构优化设计还可以减少材料的使用和降低成本，对环境也有积极的意义。
基于ANSYS的车架有限元分析
基于ANSYS的车架有限元分析
引言
车架是一种重要的构件，它用来支撑一辆车，它们必须具备足够的韧
性和刚度，以确保车辆的安全性。
因此，在考虑车架设计的时候，必须利
用先进的数值模型对车架进行有限元分析，以确保车架的性能和可靠性。
为此，本文将使用ANSYS有限元分析软件对型车架进行有限元分析，并从
分析结果中了解车架的性能和可靠性。
1、模型建立
使用ANSYS有限元分析模型的建立首先需要确定车架的几何尺寸参数，然后将其输入到ANSYS中，车架结构可在ANSYS中以2D或3D视图建模。
在建立了车架结构的几何模型后，需要将物理属性（如模态、力学和热力等）对应地赋予车架结构。
在建立了车架结构模型后，就可以进行有限元分析了，如支撑车架的
车轮的受力分析，悬架系统的反力分析，车辆车架动态分析等。
利用ANSYS有限元分析可以模拟并计算车架结构在多种复杂工况下的振动特性，从而获取车架的实际性能。
3、有限元结果分析
使用ANSYS有限元分析可以实现对车架结构的力学、模态和热特性的
仿真建模与分析，利用它可以快速准确地研究车架结构的强度和稳定性。
基于ansys的随车起重运输车车架有限元分析
基于ansys的随车起重运输车车架有限元分析
有限元分析可以反映出一个结构的应力分布情况，该方法对于确定车架安全性能，特别是结构件是否安全有着重要意义。
随车起重运输车车架也采用有限元分析来评价车架的安全性，指导车架设计以及确定车架性能参数。
首先，利用有限元分析方法建立车架的三维有限元模型，该模型可包括车架的各个部件和对应的材料等属性信息。
接着，利用有限元分析软件将模型静力分析，选择合适的加载类型并设定载荷作用范围，同时，还要添加边界条件，如，夹紧条件、位移支撑条件和支持条件几大类。
最后，根据计算结果，对车架进行受力、位移、应变等性能分析，根据分析结果，确定车架的荷载能力及各部件结构安全系数。
通过有限元分析，能够有力地验证车架设计方案以及连接方式，同时还能有效检测普通载荷或极限载荷的作用下结构的稳定性，从而确定车架是否具有足够的受力强度，勾稽设计内容是否正确，布线、装配、焊接等技术是否合理。
有限元分析的优势在于更快捷的调整和比较设计参数，以及几何细节变化的早期实时反馈。
有限元分析有助于提高设计工作效率。
此外，有限元分析也可以用于评价随车起重运输车车架的气密性能，以及针对峰值压力、不同控制及振动响应等非线性载荷的定义。
结构的表观失效和气密性能的性能可以在一定的范围内准确地由有限元模型得到。
综上所述，通过有限元分析，可以迅速准确地评估随车起重运输车车架性能，以最大程度发挥车架的功能，确保车架安全可靠，为准确选择车架零部件提供有效依据。
基于ANSYS的自卸车车架有限元分析及优化设计
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — ６ ２ １— ３ ２
作 者简介 ： 屈葵林（ ９ １ ） 男 ， １７ 一 ， 广西桂林人 ， 工程师 ， 硕士学位 ， 研究方向为车辆工程 。
５８
《 装备制造技术）０ ２ ） １ 年第 ６ ２ 期 础上释放车架右边 中间的 ２ 吊耳 的约束 ，如图 ５ 个
摘 要： Ａ Ｙ 用 ＮＳ Ｓ有 限元 分析 法对 自卸车车架进 行 了分析 ， 出了自卸车车架在应用 中比较容 易出现 问题 的部位 。 出 找 提
了改 进 的 建 议 。
关键词 ： ＮＳ Ｓ有 限元 分析 ； Ａ Ｙ 自卸车车架； 优化设计
中图分类号 ： ４ ９４ ２ Ｕ ６ ．０ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ５ ５ （ ０ ２ ０ — ０ ８ ０ １ ７ — ４ Ｘ ２ １ ）６ ０ ５ — ２
Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎｏ６， ０１ ｎ ｆ ｃｒ ｇＴ ｃ ｎ ｌｇ ． ２ ２ ｉ
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 自卸车车架有 限元分析及优化设计 Ｎ Ｙ
屈 葵 林 （ 中国重汽集团柳州运力专用汽车有限公司， 广西 柳州 ５５ １ ） ４ １２
有 限元 法 是一 种 在 工程 分 析 中经 常用 来 解 决 疑 横梁组成。在建立有限元计算模型时 ， 考虑到 自卸车 难复杂问题 的近似数值分析方法 ，因其在机械结构 车架 大 多是槽 钢 ，截 面厚度 与截 面 尺寸 和构 件 的长
强度和刚度分析方面 ， 具有较高的计算精度 ， 在材料 度相 比小很多 ，因此可 以将 车架构件看做 由模板组 应 力 、 变 的线 性 范 围研 究 中 ， 到广 泛 的应 用 。本 合 而成 ， 应 得 采用 板壳 单元 建立 有 限元计 算模 型 。 文选用 Ａ Ｓ Ｓ有限元分析软件 ， 自卸车车架进行 ＮＹ 对 由于车架模 型比较复杂 ，采用 了主副车架分开 分析。 建模 、 再将模型写入 Ａ ＣＩ Ｓ Ｉ合并的方式 ， 得到 了如图 Ａ Ｓ Ｓ有限元分析软件将实体建模 、 ＮＹ 系统组装 、 １ 所示 的模型图。其 中主车架纵梁简化成了单层结 有 限元前后处理 、有限元求解 和系统动态分析等结 构 ， 照实 际情 况赋 予 了 ７ｎ ｌ 按 ｎ 的厚 度 。 ｌ 合为一体 ， 能够高效 、 准确地建立所分析的零部件 的 三维实体模 型 ， 自动生成有限元网格 ， 根据输入 的约 束和载荷工况 ， 对有限元进行 自动求解 ， 并将结果用 图形显示 出来 。其能够满足绝大部分工程设计分析 的需要 ， 在汽车设计领域 中的车身 、 车架的仿真计算 和发 电机 曲轴 及 传 动 系统 的计算 中 ，得到 了广 泛 的
基于ANSYS的车架有限元分析报告
基于ANSYS的车架有限元分析报告一、引言车架是汽车的重要组成部分之一，它承载着车身、引擎等重要部件，并且需要具备良好的强度和刚度特性。
为了确保车架设计的合理性和安全性，有限元分析方法被广泛应用于车架的设计和优化过程中。
本报告通过使用ANSYS软件对车型的车架进行有限元分析，旨在揭示其结构的力学性能，并提出相应的优化建议。
二、建模与网格划分首先，根据实际情况对车架进行几何建模，包括车架材料的选择、主要结构的划分等。
然后，采用ANSYS软件对车架进行网格划分，以保证有限元分析的准确性和计算效率。
在划分网格时，应根据不同结构部位的重要程度和应力集中程度进行细致划分，以获得较为准确的应力分布。
三、材料属性设置车架材料的力学性能参数对有限元分析结果具有重要影响。
在本次分析中，我们选取了一种常用的高强度钢材料作为车架的材料，并设置相应的材料属性。
这些属性包括弹性模量、泊松比、密度等参数。
要注意的是，这些参数需要结合实际情况和材料测试数据进行设置，以确保分析结果的准确性。
四、约束条件设置在有限元分析中，约束条件的设置对于分析结果的准确性至关重要。
在车架分析中，我们通常可以假设一些约束条件，比如悬挂点的约束、底盘支撑点的固定等。
这些约束条件可以对车架进行限制，并模拟实际使用中的约束情况。
五、载荷设置在有限元分析中，合理地设置载荷条件对于车架分析的准确性和可靠性也非常重要。
可以根据实际情况对不同工况下的载荷进行设置，比如车辆加速、制动、转弯等。
这些载荷会对车架产生不同的应力和变形，从而可以评估车架在不同工况下的强度和刚度特性。
六、分析结果与讨论通过ANSYS的有限元分析，我们可以获得车架在不同工况下的应力分布、变形情况等。
根据实际情况，可以评估车架结构的强度和刚度，并分析其受力情况和问题所在。
在本次分析中，我们得出了车架各个关键部位的最大应力和变形情况，并进一步进行了分析和讨论。
根据分析结果，我们可以找出车架结构中的问题，并提出相应的优化建议，比如增加固定支撑处的材料厚度、调整关键连接点的设计等。
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2012/4机械制造50卷第572期满足要求,并且有较大的富裕量。
这是因为计算时载荷是理想化的。
在实际工作中,会产生偶然性载荷,包括轨道的倾斜、轨道杂质等产生的载荷。
4结束语通过对有限元分析结果与传统的赫兹理论结果进行比较,说明采用ADINA 进行分析时,计算精度与模型的网格划分密度关系较大。
计算结果表明,该大负荷滚轮推车在性能上可满足使用要求,并且许用应力较大的富裕量完全可以克服在实际工作中的偶然性载荷。
参考文献[1]Fra 觢tia,Lubor.Numerical Solution of Elastic Bodies in Contact by FEM Utilising Equilibrium Displacement Fields [J ].Computational Mechanics,2007,41(1:159-174.[2]岳戈,陈权.ADINA 应用基础与实例详解[M ].北京:人民交通出版社,2008.[3]李虎林,易湘斌.产品开发中的多软件联合仿真技术[J ].机械设计与制造,2008(4:55-56.[4]彭文生,黄华梁.机械设计[M ].武汉:华中理工大学出版社,2009.[5]成大先.机械设计手册第一卷.(第4版[M ].北京:化学工业出版社,2002.[6]刘长虹.车架的随机静强度分析在粗糙集理论中的应用[J ].机械设计与制造,2005(10:1-3.葺(编辑功成YJ3128型自卸车用于矿山等野外作业场所的运输,它具有牵引力大、载重量大、价格低等优点,自卸车主要部件为主副车架、驾驶室、货箱、液压举升机构、发动机、减速器等,各个部件对于汽车的质量以及使用寿命都有重要的影响,其中副车架的设计是整车设计中关键的一环。
副车架起连接主车架和货箱的作用,旨在确保主车架载荷的均匀分布,并增加主车架的强度和刚度。
在该车正常使用3~5个月左右,副车架纵梁宽度转折处和方横梁处就出现了焊缝开裂(如图1,司机如不注意,极易酿成大梁断裂甚至翻车的大事故[1]。
针对这一情况,运用ANSYS 软件对副车架受力情况进行有限元分析,找出裂纹出现的原因,并对副车架的结构进行改进,对改进后的副车架重新进行了受力分析,结果显示,达到了很好的效果。
1副车架有限元模型的建立1.1副车架的结构特点YJ3128型自卸车的最大载重量可达40t ,车架是由主车架和副车架组成,副车架直接放在主车架上面,通过多个U 型螺栓连接。
发动机、驾驶室等大部分机构都安装在主车架上,只有液压举升机构和货箱安装在副车架上。
如图2所示,副车架长约为4.7m ,副车架的纵梁放在主车架纵梁的上翼面上,前端宽0.901m ,后端宽约0.761m ,6根纵梁为槽形板,厚均为8mm 。
1.2副车架的材料特性副车架的材料是16MnL ,弹性模量E 为210GPa ,泊松比μ为0.3,密度ρ为7.8×10-3g /mm 3;最小屈服强度为345MPa ,安全系数为1.2[2],材料的许用应力基于ANSYS 的自卸车副车架有限元分析及结构改进□林吉靓1□张志功21.开封大学机电工程学院河南开封4750042.内蒙古一机集团大地工程机械有限公司内蒙古包头014000摘要:以YJ3128型自卸车的副车架为研究对象,分析了副车架的受力情况、工作环境、裂纹产生的部位以及破坏程度,采用ANSYS 软件对副车架结构在不同工况和不同载荷下作全面的有限元分析,找出其疲劳裂纹产生的原因,为厂家提出了优化的改进方案。
关键词:有限元分析副车架工况疲劳裂纹中图分类号:TH112;TP206文献标识码:B文章编号:1000-4998(201204-0022-03车架前端方横梁圆柱横梁车架后端圆形横梁档块7614691901▲图1副车架纵梁宽度转折处断裂▲图2副车架结构示意图收稿日期:2011年10月22机械制造50卷第572期2012/4为287.5MPa 。
本文将Pro/E 中建立的自卸车车架的几何模型导入到ANSYS 中进行网格划分,建立有限元模型。
1.3载荷工况分析和大小YJ3128型自卸车副车架产生的开裂现象以及裂纹是由于长时间疲劳受损所致,这和该车的工作环境有直接关系,尤其是工作路况,经实地察看,拍得该矿路面图(如图3所示[1]。
静止时,车架只承受悬架以上部分的载荷,即车体的质量、安装各总成的质量和装载质量的总和,对于本文所研究的车架所受载荷的具体情况[3][4]见表1。
表1车架所受载荷及作用点名称质量/kg 质心到前轴距离/mm名称质量/kg质心到前轴距离/mm前悬挂带减振器总成20021中桥车轮带制动器总成11003800前轴车轮带制动器总成7200后桥车轮带制动器总成11005250发动机带离合器总成1200-200后悬挂总成3504525水箱110-1000油箱3503000驾驶室总成2800-40蓄电池1801700举升油缸1504400备胎2501200载重量1600040002副车架的有限元静态分析通过对车辆的行驶路况和实际运行情况分析,本文对自卸车副车架作有限元静态分析时考虑纯弯曲和弯扭联合这两种典型工况。
2.1载重40t 时的纯弯曲工况纯弯曲工况是模拟满载情况下,汽车在良好路面上静止或匀速直线行驶时,其自身的质量和载货量使自卸车副车架弯曲变形的状态。
图4是副车架在纯弯曲工况下载货量为40t 时的等效应力云图。
可见副车架的最大Von-Mises 应力为84.4MPa ,为许用应力的29%,位置在车架纵梁的最后端,其余部位的应力都在37.5MPa 以下,在该工况下副车架满足强度要求。
2.2弯扭联合工况弯扭联合工况是指汽车在崎岖不平的路面上行驶时,由于一个或多个车轮被抬高或下陷而产生扭转的情况。
考虑自卸车运行中常出现的情况,分别对下列3种情况进行分析:第1种是把自卸车的左前轮抬高20mm ;第2种是把自卸车左后轮抬高20mm ;第3种是把自卸车的左前轮和右后轮同时抬高20mm 。
2.2.1自卸车的左前轮抬高20mm对自卸车满载时左前轮抬高20mm 的情况进行分析,得出副车架等效应力云图(图5,如图5所示,副车架的最大Von-Mises 应力为370MPa ,已超过345MPa 的屈服极限,部位在车架后端第三横梁处,经过长时间疲劳损坏,可能出现塑性变形、裂纹和焊缝开裂[5]。
2.2.2自卸车的左后轮抬高20mm对自卸车满载时左后轮抬高20mm 的情况分析,得出等效应力云图(图6,如图6所示,有两处应力值较大:一处是车架最后端,最大Von-Mises 应力值为396MPa ,已超过345MPa 的屈服极限,此处会出现塑性变形;在车架被抬高的一侧,应力值是300MPa 左右,也超过了许用应力,经过长时间疲劳损坏,这个部位的焊缝容易出现开裂[5]。
2.2.3自卸车的左前轮和右后轮同时抬高20mm 对自卸车满载时左前轮和右后轮同时抬高20mm分析,得出副车架Ⅰ等效应力云图(图7,如图7所示,最大Von-Mises 应力出现在车架最后端,数值为474MPa ,超过了屈服极限的40%;车架后轮被抬高的一侧应力达到300MPa ,接近屈服极限。
副车架经过长时间疲劳的工作,很快就会出现塑性变形以及裂纹,导致车架破坏,以至于失效。
2.3受力结果分析从以上副车架的分析结果发现,在弯扭联合工况下,车架方横梁处与纵梁宽度转折处的应力集中现象最为显著,这是造成车架疲劳破坏的主要原因。
该车架前端的▲图3矿山路面图▲图4载重40t 时副车架等效应力云图▲图5左前轮抬高20mm 时等效应力云图▲图6左后轮抬高20mm 时等效应力云图▲图7左前轮和右后轮同时抬高时等效应力云图232012/4机械制造50卷第572期横梁少,扭转刚度小,后端的横梁多,扭转刚度大,就会产生变形不协调现象,从而在车架中端产生应力集中现象,加上扭转刚度很强的方横梁和易造成应力集中的纵梁宽度转折处正好在此处附近,阻碍变形的产生,从而导致该处应力集中现象的进一步恶化。
由此可以看出,车架方横梁与纵梁宽度转折处产生应力集中现象与车架前端抗扭刚度不足有直接的关系。
3副车架结构的改进及有限元分析3.1改进的副车架结构针对副车架的抗扭刚度不足,本文对副车架的结构进行了改进,如图8所示副车架有五根横梁和两根X 型梁组成[6]。
3.2改进后车架的有限元静态分析为验证改进后的副车架的受力情况,给出了车架被抬高为50mm 的极限情况下车架的受力大小。
如图9所示,即使在车轮抬高50mm 的情况下,改进后副车架的最大Von-Mises 应力才为200MPa ,远远低于其材料的许用应力,其发生部位为车架左前端的横梁处。
车架方横梁处和纵梁宽度转折处的应力也大大减小,其值为134MPa 左右,仅为许用应力的50%。
可见改进后的车架没有过大的扭曲变形,其抗扭刚度增强,也没有出现过大的应力集中,受力性能大大提高,满足了设计和使用要求。
以上分析结果表明,提出的修改方案是合理的,为了更好地验证改进后车架的可靠性,将方案反馈给厂家,厂家认同并采纳了修改方案。
4结束语本文针对YJ3128型自卸车副车架在行驶过程中出现的问题,通过有限元软件对该车架改进前、后进行静态受力分析,找出改进前车架裂纹产生的原因,为厂家提出优化的改进方案,并对改进后的车架进行评价,为进一步改进提供参考依据。
另外针对副车架所采用的分析方法对矿山等野外场所的载重车车架结构设计及完善提供了重要的参考依据。
参考文献[1]张志功.YJ3128型自卸车副车架有限元分析及结构改进[D ].呼和浩特:内蒙古工业大学,2008.[2]J.E.Shigley.Mechanical Engineering Design [M ].McGraw -Hill ,1997.[3]北方奔驰改装指南[Z ].内蒙古包头第二机械厂北方奔驰股份有限公司,2004.[4]周志革,王金刚.轻型货车车架纵梁异常开裂原因的分析[J ].汽车工程,2004(2:229-232.[5]刘惟信.汽车设计[M ].北京:清华大学出版社,2001.葺(编辑丁罡▲图9改进后副车架的等效应力云图收稿日期:2011年11月机械结合部在机械结构中几乎无处不在,而结合部的刚度、阻尼参数识别问题,一直困扰着机械结构的动力分析与动态优化设计的进一步发展。
近年来,尽管理论上提出了几种结合面解析参数模型,但目前理论计算的结合面参数有待实验检验,而实验方法较复杂,必须有足够多的实验样本,否则较难推广。
目前一些研究实验基于静态情况下结合面参数研究和动态情况相差较大。
随着计算机技术和有限元方法的发展,使机械结构的模态分析方法成为可能,也为机床固定结合部刚度与阻尼参数的识别方法□黄建龙1□赵维龙1□柴少峰1□舒海燕21.兰州理工大学机电工程学院兰州7300502.甘肃省机械科学研究院先进设计应用研究创新团队兰州730030摘要:根据结合部的结构特征,提出了一种传递函数分析与实验模态分析相结合的结合面参数识别方法,利用DASP 测试系统对实验测得的数据进行传递函数分析和模态分析,并对结合面接触刚度的识别进行了实验验证,证明该方法是简单有效的。