重型卡车车架强度分析

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车架有限元强度分析及轻量化设计

车架有限元强度分析及轻量化设计

图1㊀车架截面参数longjunhua@㊂Automobile Parts 2021.020852021.02 Automobile Parts086图2㊀车架受力简化示意T 2处力矩平衡原理,计算出支反力T 1T 1=[F 1k (k /2-n )+F 2w (m -w /2-v )]/m (2式中:T 1为前桥中心处对车架的支反力,N ;T 2为中后桥中心处对车架的支反力,N ;F 1为底盘簧上质量在车架上的均布载荷,N /m ;F 2为装在车架上的分布载荷,N /m ;y 为上装质心位置,m ㊂根据平衡方程,得出L 处的截面弯矩和剪力分别为:M =F 1(L +s )2/2+F 2(L -v )2/2-F 1L(3Q =F 1(L +s )+F 2(L -v )-T 1(4当剪力Q =0时,M 出现极值M 0;当支反力R 1㊁R 处M 亦出现拐点M 1,M 2㊂最大弯矩M max 取三者之间的最大值,考虑实际使用条件和安全系数,最大弯矩M max 取2倍静载荷条件㊂故单根纵梁断面的最大弯曲应力为:δmax =2M maxW XɤσS (5式中:σS 为材料的屈服强度㊂根据式(1)和式(5)来初步确定车架的截面尺寸㊂2㊀车架有限元模型的建立根据上述确定的车架截面利用Catia 软件进行车架总体设计,完成设计后通过有限元仿真软件Hyperworks 进行车架总体强度分析㊂图3㊀车架有限元模型3㊀车架强度分析结果3.1㊀载荷与边界重卡牵引车车架在行驶过程中主要承受4种工况,分别是弯曲工况㊁转向工况㊁制动工况㊁扭转工况,这4种工况施加载荷见表1,边界条件见表2㊂表1㊀4种工况下载荷情况㊀弯曲工况/g转向工况/g制动工况/g扭转工况/gx 00-0.70y0-0.200z-2.5-1-1-1注:x 表示前进方向,y 表示转弯方向,z 表示垂直地面方向㊂Automobile Parts 2021.02087图4㊀弯曲工况车架应力云图图5㊀转向工况车架应力云图图6㊀制动工况车架应力云图图7㊀扭转工况车架应力云图4种工况下最大应力见表3㊂表3㊀4种工况下最大应力㊀弯曲工况转向工况制动工况扭转工况最大应力/MPa 344.8324.7285310最大应力位置第二横梁附近,油箱连接处第二横梁附近,油箱连接处第二横梁附近,油箱连接处第四横梁附近,悬置安装处由表3可知,车架纵梁和横梁材料为B510L ,材料的屈服强度355MPa [1],以上4种工况最大应力334.8MPa ,小于材料的屈服强度,满足强度评判要求㊂4 轻量化设计根据应力云图,对车架受力不大的地方进行轻量化设计㊂具体措施为:将第三横梁处下连接板厚度10mm 改为8mm ,纵梁上连接板厚度8mm 改为6mm ,左右位置各两次,如图8所示㊂2021.02 Automobile Parts088图8㊀车架轻量化位置车架减重后应力云图如图9 图12所示㊂图9㊀减重后弯曲工况车架应力云图图10㊀减重后转向工况车架应力云图图11㊀减重后制动工况车架应力云图图12㊀减重后扭转工况车架应力云图可以看出,车架减重后与减重前4种工况下,车架承受的最大应力相当,满足强度要求㊂车架共减轻15.4kg ,4种工况下最大应力见表4㊂表4㊀4种工况下最大应力kg㊀原质量改后质量共减重横梁下连接板7.9ˑ2 6.3ˑ2纵梁上连接板24.4ˑ218.3ˑ215.4结论文中首先通过理论公式对车架纵梁截面进行选择按此截面设计完成车架总成后,通过有限元仿真分析对车架总成进行实际道路上各种工况下的强度分析㊂根据应力结果,提出了横梁和纵梁连接板的减轻方案,结果显示,减重后和减重前应力相当,满足强度要求㊂通过对车架的有限元分析,前期设计之初可以大大缩短时间,提高产品准确率㊂参考文献:[1]邓祖平,王良模,彭曙兮,等.基于HyperWorks 的某轻型卡车车架有限元分析及结构改进[J].机械设计与制造,2012(5):84-86.DENG Z P,WANG L M,PENG S X,et al.Finite element analysis and structure improvement on a light-duty truck frame based on hy-per works[J].Machinery Design &Manufacture,2012(5):84-86.[2]黄黎,段智方,庞建中.重型半挂牵引车车架结构的有限元分析[C]//第三届中国CAE 工程分析技术年会论文集,2007.[3]张建,戚永爱,唐文献,等.基于有限元法的某卡车车架优化设计[J].机械设计与制造,2012(5):48-50.ZHANG J,QI Y A,TANG W X,et al.Optimal design of some truck frame based on FEA [J].Machinery Design &Manufacture,2012(5):48-50.[4]景俊鸿,邵刚.中㊁重卡车架轻量化设计[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2009,32(Z1):14-17.JING J H,SHAO G.Lightweight design of the middle and heavy truck s frame[J].Journal of Hefei University of Technology(Natural Science Edition),2009,32(Z1):14-17.。

随车起重运输车车架连接优化设计与强度分析

随车起重运输车车架连接优化设计与强度分析

随车起重运输车车架连接优化设计与强度分析1. 引言1.1 研究背景随车起重运输车是用于装载、运输、卸载重型货物的专用车辆,其车架连接结构的设计直接影响着车辆的运行安全和效率。

当前随车起重运输车车架连接存在的问题主要包括连接件易损坏、连接结构不稳定等,这些问题不仅增加了维护成本,还可能导致车辆失效,严重危及行车安全。

为了解决这些问题,对随车起重运输车车架连接进行优化设计和强度分析显得尤为重要。

通过对车架连接原理的深入研究,可以找到最适合该类型车辆的连接设计方法。

结合车架的强度分析模型,可以有效预测连接部位的受力情况,进而指导优化设计的方向。

本研究旨在针对随车起重运输车车架连接问题,探讨优化设计和强度分析的关系,为改善车辆的运行性能提供理论支持和技术指导。

通过对现有连接结构的改进和强度分析结果的验证,将为未来设计工作提供重要参考,推动随车起重运输车车架连接技术的发展和应用。

【研究背景完】1.2 研究目的本研究的目的是通过对随车起重运输车车架连接的优化设计和强度分析,提高车辆的稳定性和安全性。

随车起重运输车在运输和起重过程中面临着各种复杂的工况和力学应力,车架连接的设计质量直接影响着车辆的整体性能。

通过研究不同的连接设计原理和优化方法,可以有效提升车架连接的承载能力和耐久性,减少车辆在使用过程中出现的故障和事故几率。

通过对车架强度分析模型的建立和结果分析,可以深入了解车架在不同工况下的受力情况,为车辆设计和制造提供科学依据。

通过本研究,可以为随车起重运输车的设计和生产提供更有效的参考和指导,推动行业技术水平的提升,满足市场对安全、稳定和高效运输工具的需求。

1.3 研究意义随车起重运输车是工程机械领域中常见的一种设备,其车架连接设计对整车的稳定性和安全性至关重要。

随着现代技术的发展,车架连接优化设计与强度分析成为了当前研究的热点之一。

本研究旨在通过对车架连接的深入分析和优化设计,提高车架的整体强度和耐久性,进一步提升随车起重运输车的运输效率和安全性。

汽车车架的静态强度分析

汽车车架的静态强度分析

汽车车架的静态强度分析汽车车架是整个车辆结构的骨架,负责承担各种静态和动态负载,并保证车辆的稳定性和安全性。

因此,对汽车车架的静态强度进行分析和测试非常重要。

本文将从静态强度分析的目的、方法和应用等方面进行探讨。

静态强度分析主要是通过数学模型和计算方法,分析车架在静态负载下的应力、应变分布和变形情况,从而评估车架的强度和刚度。

该分析能够提供一定的设计指导和性能评价,可以帮助工程师合理设计车架的结构和材料,确保其能够承受正常使用条件下的负载,并提高车辆的安全性和性能。

静态强度分析的方法主要包括解析方法和数值模拟方法。

解析方法是通过基于力学原理的方程和公式,利用数学和物理的方法,对车架进行受力分析和计算。

这种方法适用于简单的结构和荷载条件,具有计算速度快的优点,但对于复杂结构或非线性问题的分析能力有限。

常用的解析方法包括静力学和弹性力学的分析方法,如静力学平衡方程、应力-应变关系的理论等。

数值模拟方法是利用计算机和软件工具,通过建立虚拟模型和数学模型,对车架进行模拟和计算。

这种方法适用于复杂结构和非线性问题的分析,可以更准确地预测车架的强度和刚度。

常用的数值模拟方法包括有限元分析方法和多体动力学分析方法。

有限元分析方法将车架分割成有限个小单元,通过数学计算得到每个单元的应力和变形,最终得到整个车架的应力和变形分布。

多体动力学分析方法则是利用动力学方程和运动学方程,对车架在静态负载下的运动和变形进行模拟和计算。

静态强度分析在汽车工程中具有广泛的应用。

首先,它可以用于评估车架的设计方案和材料选择。

通过对不同设计方案进行静态强度分析,可以找到最优的设计方案,并选择适当的材料,以提高车架的抗弯、抗压和抗扭强度。

其次,静态强度分析也可以用于验证车架的安全性能。

通过模拟车架在极端负载情况下的应力、应变和变形,可以评估车架的安全性能,并指导相关安全措施的设计。

此外,静态强度分析还可以应用于车架的优化设计和性能改进,以满足不同使用条件和需求。

半挂牵引车车架强度的有限元分析

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

半挂牵引车车架的强度特性分析

半挂牵引车车架的强度特性分析

半挂牵引车车架的强度特性分析摘要:车架是车辆的关键承重结构,各种载荷最终都会传递到车架上。

因此,车架的结构性能直接关系到整车结构性能。

本文以某型半挂牵引车车架设计为例,采用有限元分析法对车架结构强度展开深入分析,提出优化方案并进行仿真验证,结果显示结构优化方案可显著降低车架关键测点的等效应力最大值,实现强化车架结构的目的。

关键词:半挂牵引车;车架;强度分析;有限元分析半挂车是公路运输的重要车型。

欧美等发达国家的公路货运绝大多数由半挂车完成。

而在国内,半挂车是目前第二常见的大型牵引车类型,其车架除了要承受发动机、车架和货物的重量,还要承受车辆行驶过程中产生的各种力和力矩,所以其可靠性不仅与承载能力有关,也关系到车辆的运行安全[1]。

车架出现疲劳裂纹会导致车架断裂等安全问题。

为确保车架结构强度符合要求,需对车架结构强度进行有限元分析,根据分析结果提出结构优化方案。

本文对某型半挂车车架结构强度进行了有限元分析,建立相关有限元分析模型,并利用有限元分析软件对半挂车车架的强度进行了有限元分析,根据分析结果提出车架结构的改进方案并进行验证。

1车架有限元模型建立1.1车架结构某型半挂车车架材料为16MnL,结构为梯形边梁结构,框架外宽876mm,内侧边梁与盖梁采用直径15mm的铆钉牢固连接。

前后梁为槽式结构,第二梁为圆管梁,中梁为铸件,平衡轴梁为背靠背槽式结构,其余梁为上下叶片结构体。

为了增加车架的坚固性和方便挂斗,在车架两侧的轴梁水平处铆接厚8mm的侧角板。

前桥悬架板簧满载垂直刚度为383 N/mm,中、后桥平衡器悬架板簧满载垂直刚度为2285 N/mm。

主成分材料的弹性模量为2.17×105,泊松比为0.30。

图1为优化前的原始车架结构设计。

图1 优化前的原始车架结构设计1.2模型构建改性半挂牵引车车架结构复杂,由大梁、立梁、双梁、平衡器轴、平衡器悬挂支架、前后板簧支架等众多大型部件组成[2]。

基于MSC.Nastran的重型载货车车架有限元强度分析和模态分析

基于MSC.Nastran的重型载货车车架有限元强度分析和模态分析
汽 午 实 用 技 术 上艺 ・ 设帑 ・ 材 料
AUTOMOBILE APPLIED TEC} t NOL0G N0.3
基 于 MS C. N a s t r a n的重型载 货车车架 有 限元 强 度 分 析 和 模 态 分 析
la f me ’ S 1 8 o r d e r mo d a l c ha r a c t e r i s t i c s .Th r o ug h c o mpa r i n g he t r e s u l t wi h t t h e f la me s uf fe r e d e x t e r n a l e xc i t a t i o n wh e n t h e c a r i s i n mo t i o n, ge t t h e d y n a mi c c o n d i t i o ns , c a n a v oi d r e s o na n c e , i n a c c o r d a n c e wi t h t h e d e s i g n r e q ui r e me n t s . P r o v i de a b a s i s f o r f u r t he r o p t i mi z a t i on o f i t s s t uc r ur t e a n d a n t i — f a t i g u e d e s i g n. Ke y wo r ds : M SC. Na s t r a n; H e a v y - d ut y t r u c k f r a me ; FEM ; S t r e n g t h a na l y s i s ;Mo da l a na l y s i s :
F i n i t e El e me n t S t r e n g t h An a l y s i s a n d Mo d a l An a l y s i s o f He a v y - d u t y Tr u c k F r a me Ba s e d o n MS C. Na s t r a n

汽车车架的静态强度分析

汽车车架的静态强度分析

汽车车架的静态强度分析汽车车架静态强度分析的目的是确定车架在不同负载下的应力和变形情况,从而判断车架是否能够承受正常工作条件下所受到的力和压力,并且保持结构的稳定性。

这需要进行力学计算和数值模拟,通过建立数学模型和采用适当的分析方法,来模拟和预测车架在不同工况下的受力情况。

在汽车车架的静态强度分析中,一般需要考虑以下几个方面:1.车架材料的选取:合理选择车架材料对保证车架的强度和轻量化具有重要影响。

常用的车架材料包括高强度钢、铝合金和碳纤维等。

根据车架的设计要求和使用环境的特点,选择合适的材料进行分析和计算。

2.车架的边界条件:在进行车架强度分析时,需要确定车架的边界条件,包括支撑结构、连接方式和外部负载等。

这些边界条件将直接影响到车架的受力情况和变形情况。

3.车架的结构设计:车架的结构设计是保证车架强度和刚度的关键。

合理的结构设计可以减小车架的重量,提高其强度和刚度。

在设计过程中需要考虑各个部件的布局、横截面形状和连接方式等因素,以满足设计要求。

4.车架的强度计算和模拟分析:在进行车架强度计算时,需要采用适当的力学理论和分析方法,例如有限元分析等。

通过对车架进行力学计算和数值模拟,可以得到车架的应力和变形情况,从而评估车架的强度和稳定性。

在进行汽车车架的静态强度分析时,还需要考虑不同工况下的负载情况。

例如,正常行驶时车辆的自重负载、车辆悬挂系统的负载和车轮悬挂加载等。

通过综合考虑这些因素,可以得到车架在不同工况下的强度和稳定性,并对设计进行优化。

总之,汽车车架的静态强度分析是保证车辆运行安全的重要环节。

通过对车架材料、边界条件、结构设计和负载情况等方面的分析和计算,可以评估车架的强度、刚度和稳定性,并为车架的优化设计提供指导。

重型货车车架模态分析与优化设计

重型货车车架模态分析与优化设计

《装备制造技术》2012年第4期重型货车在交通运输领域中起到重要作用,车架是整个汽车的基体,是发动机、车身和悬架等部件的安装基础,并承受来自车内外的各种载荷,其强度、刚度及动力学特性,直接影响整车性能和使用寿命。

由于车架结构的复杂性和行驶条件的多变性,车架的设计和校核基本以静强度为基准,但是在行驶过程中,车架受到多种动载荷,如发动机的振动载荷、路面随机振动载荷等,这些动载荷可能引起整车和局部的动态响应,导致车架产生共振。

模态分析是动态分析的基础,为了提高汽车的通过性、操纵稳定性和平顺性,有必要对车架做模态分析,确定其动态特性。

本文通过有限元软件ANSYS 计算出车架前10阶固有频率和固有振型,研究了车架受到的外界激励类型,分析了车架在外部激励作用下可能发生共振的情况,最后利用ANSYS 自带的函数逼近法对车架模态进行优化设计,避免车架固有频率和外部激励频率相同或接近,防止发生共振。

1模态分析的理论基础模态分析是忽略外载荷情况下,求解有限个自由度的无阻尼线性系统运动方程,其运动方程式为MX "+KX =0(1)式中,M 为质量矩阵,K 为刚度矩阵,X 为位移向量,X ''为加速度向量。

自由振动时,结构上各点作简谐振动,各节点位移与特征方程为X =Φsin (ωt +φ)(2)(K -ω2M )Φ=0(3)特征值ωi 为第i 阶固有频率,特征向量Φi 为对应的振型。

2车架模型的建立研究的车架为边梁式车架结构,由左右两根内外纵梁以及6根横梁组成,全长9420mm ,宽920mm 。

在ANSYS 中建立车架的参数化模型,模型全部采用板壳单元,划分网格后,模型有33848个节点,66611个单元,车架有限元模型如图1所示。

3模态分析3.1边界条件与模态提取车架的模态分析,主要是计算车架在自由状态下的模态参数。

因此对车架不施加任何约束和载荷。

低阶频率对结构的动力特性影响程度,比高阶频率大,低阶振型决定了结构的动态特性。

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2. p rme to Au o bieEn ne rng Ch n qi g Co l g f De a t n f t mo l gi e i , o g n le eo

Elcr ncEn i ern , h n q n 0 3 ) eto gn eig C o g ig4 i 1 1 3
响应 ,为后续 的结构 优化 设计 及 结构 轻量 化设计 提 平衡的方法构造一个 自平衡 的力系。设 { 为所有 } 供理 论 依据和 数值 参考 。
节 点 ( , , , , yM 分 量组成 的节 点外 M M , )
(,, 0 , 0 ) / , 0 , 组成的节点加速度 向量 ,用有限 /
作 者简介 :屈磊 ,助理工程师 ,就 职于上汽依维柯红岩商用 载 荷 向 量 , { 为 所 有 节 点 加 速 度 分 量
车有限公司技术 中心 ,从 事汽 车 C E仿真分析。 A
关键 字 :车架 ;强 度 ;惯 性释放 原 理 ;有 限 元
中 图分 类 号 : U 6 : 文献标 识码 : A 4 6 Sr n t t e g h Ana ysso h a e f rH e vy dut uc l i ft e Fr m o a - y Tr k
工 ・改 箭 ・材 料
汽 车 实 川 披 术
AUT0M0BILE APPLI F CHNOLOGY ED
2 年 第6f 01 2 j 月
20 1 2 0.6
重型卡车车架强度分析
屈磊 ,张俊峰 一 , ,陈建 ,崔云霞
(.上汽 依维 柯 红岩商 用车有 限 公司技术 中心 ,重 庆市 4 12 ; 1 0 12 2 .重庆 电子 工程职 业 学院汽 车工程 系 ,重庆 市 4 131 031
摘 要 :车 架是 重 型汽车 承载 及 保证 车体 正确 运动 的核心 部件 ,其 强度 不仅 决定 了整 车 能否 正常 使用 ,还会 影响 到整车 的行 车安 全性 。借 助于 有 限元的惯 性释 放原 理对某矿 用 自卸车 的车架进 行
C AE分 析 , 旨在 找 出初 期 的设计 缺 陷,合 理优 化车架 结构 。
1 、惯性释放的基本原理
惯 性释 放 的原理 是先 计算 不 平 衡外 力作 用 下 结


心部件 ,也是 核心 的 承力 部件 ,重 型汽 车 的大部 分 构 的运 动( 加速 度 通过 惯性 力构 造 一个平 衡 的力 系 , 它 可 以模 拟 非 约束 系 统 的静 态 响应 。惯 性释 放 统等 都 与车架 直接 相 连 ,在汽 车行 驶 过程 中 ,车架 典型 的应 用如模 拟 飞机 的 飞行 、汽 车在 实验 场 的行 会 承 受来 自路 面 的冲 击载 荷产 生 的弯矩 和 剪力 , 因 驶 以及 卫 星在太 空 中的邀游 『 ] 对 于 汽车 、飞机 、 23 。
Q e Z a gJ ne g , h nJ n, u u xa uL i h n fn C e a C i n i , u i Y
( . e h i a n e , AI I CO n y n Co 1 T c nc l Ce tr S C—VE Ho g a mme c a e il r i l h c eCO. T , h n q n 0 2 V , D. C o g i g4 1 2 ; L 1
Absr c : Th a ei hec r a to eh a y tu k t e rla n o e s r o e v h ce mo e ta t e f m st o ep r ft e v r c o b a o d a d t n u e t wh l e il v l h he c re t Issr ghno n yd tr i e o r c l t te t t l eem n s y. n o wheh r ewh l e cer ns r l r t b t fe t a e t e o ev hil u ma l o , u fcst t v l h t no y no a he r s ft . ae y CAE n lsst a ro m e s g t eFEM netar le r cp e i i e tfn i g t e iiil a ay i twepef r d u i h n h i ri eifp i il sam d a d n h n t n i a d sg ee t, d t n o tmi i gt efa er a o a y e i n d f cs a n he p i z m e s n bl. n h l
K e w o ds Fr m e te g h n ri e if FEM y r : a ;S r n t ;I e ta r le ;
CLC .: U4 N0 66: Do ume o : A c ntc de
前部件 ,如 驾驶 室 、动 力 总成 、悬架 、货 箱 、举 升系
此 ,为 了汽车 能够 正 常行 驶 ,必 须保证 车 架具有 足 轮船等 复 杂结构 ,由于 受设计 载荷 计算 方 法 的限制 ,
够 的强度 。 运用 多 体动 力学及 有 限元数值 模拟 方法 , 还有 数值 计算 的 累计误 差 等原 因 ,要得 到 一个 绝对
可 以有效 的计 算 车架 在各 种行 驶工 况 下 的应力应 变 白平 衡 的力系 是极 其 困难 的 。但 可 以通 过静 、动力
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