文档介绍：基于HyperWorks的重型自卸汽车车架有限元分析和改进设计
0 引言
车架的结构和所承受的载荷十分复杂,概括起来,主要包括纵向弯曲、扭转、横向弯曲、水平菱形扭转以及它们的组合,因此车架的刚度和强度计算只有采用有限元法才能得到满意的结果, 基于有限元法的车架计算,应首先根据车架结构,建立实体模型;然后对实体模型进行网格划分,建立车架的有限元计算模型,确定载荷和约束条件;计算车架的刚度、强度、振动模态等关键性能指标;分析计算结果,将其与设计要求对比,确定是否符合要求;最后将方案进行对比并确定最终设计方案。
,在进行有限元分析的同时,能对结构进行优化,首先利用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HyperWorks软件中进行边界条件设定、加载、网格划分、计算及后处理,具体流程参见图1。
某重型自卸汽车车架在使用过程中发现,纵梁上与第四横梁连接附近产生裂纹,最终导致纵梁断裂的严重后果,初步分析认为该区域应力过大所致。
本文中针对该纵梁断裂问题,对车架结构的# 种设计方案分别进行有限元分析! 分析车架在纯弯、弯扭组合、侧向转弯、紧急制动、卸载时油缸举升等工况下的应力状况,精细分析了第四横梁附近纵梁下翼面6
个螺栓孔附近的应力状况。结合各工况分析结果,对该车车架进行合理评价,并提出改进方案,解决纵梁断裂问题。
1 车架的有限元模型
由于该车架结构主要是板材结构,因此模型化时主要采用薄板单元,所有焊接、铆接、螺栓连接用刚性单元和梁单元模拟,车架悬置板簧则用弹簧元模拟。车架有限元模型如图2所示。原方案第四横梁处有限元模型如图3所示。划分后车架的单元数量为
385469,PIII/256M以上微机在3h内可以完成1个工况的解算工作。
新方案改为采用第四横梁与纵梁腹板连接,横梁形状设计以下4种方案以供分析比较,如图4所示。
2 载荷与工况
该车架主要结构都采用优质碳素钢,材料弹性模量E为208GPa,,*-6kg/mm3。前板簧刚度垂直刚度系数C=3977N/cm,后板簧垂直刚度系数C=29355N/cm。
强度计算
进行强度分析时,作用于车架上的主要载荷见表1,加载时主要考虑了驾驶室、动力总成、油箱、电瓶、消声器、备胎、储气筒、车厢、货物等质量,载荷及作用点如图5所示。
1)弯曲工况:模拟车辆满载行使在平坦路面上工况,计算车架应力分布情况,此时只约束前后轮轴的垂直方向位移。
2)弯扭组合工况:模拟车辆满载行使在凸凹不平路面上工况,左前轮上凸起(高度为80m),右前轮下凹(深度为80m),此时约束后轮垂直方向的位移。
3)侧向转弯工况:模拟车辆满载行使在平坦路面上侧向转弯时,考虑离心力作用的工况。
刚度计算
1)弯曲刚度:约束后悬置架于后轴连接处的垂直位移和前悬置与前轴连接处的垂直位移。并在前后轴的中心距离所对应的车架纵梁上施加一个垂直向下的作用力,其值为1000kgf。
2)扭转刚度:在前悬架处施加扭矩T=1000kgf·m(通过施加左上右下的集中力来实现),在后悬架约束点施加约束,让车架产生纯扭转变形。
3)横向刚度:截取一