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半挂车车架的强度分析

发布于:2016-07-30 20:21
强度分析

      车架作为车辆的承载主体,支撑着发动机、离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所有弹簧上与质量有关的机件,承受着传给它的各种力和力知,其可靠性关系到整车能否正常行驶,以及整车的安全性。当今,对汽车轻量化和降低成本的要求越来越高,为同时满足这些要求,以往的经验类比法己经不适用,随着现代计算机技术的快速发展,现普遍将有限元法应用到车架的强度分析中,应用有限元分析App对半挂车车架进行了强度分析。
      1半挂车车架模型的建立
      UG采用基于特征和约束的建模技术,具有交互建立和编辑复杂实体模型的能力,可以快速地进行概念设计和结构细节设计。使用自底向上的建模方法,即由已建立的单个部件的三维模型逐级地进行组装,最后组成装配件。装配时按照由小到大由前到后的顺序装配好各个组件。装配的先后顺序是:主纵梁—前后端梁—贯通称—边梁—边称—牵引板称—边斜称—中间称—牵引板—支架—悬架斜称。装配完成后对车架各零部件进行布尔求和运算。在考虑模型结构特点,分析类型和精度要求后对车架模型进行结构简化,如图所示。
      2静态分析
      2.1边界条件处理
      依据所选择建立的有限元模型,参考设计要求和具体使用情况。根据半挂车车架实际使用约束位置,不考虑钢板弹簧的作用,作以下约束处理:
      1) 在半挂车车架前后支架的吊耳孔处采用全约束;
      2) 在罐体前部将牵引销板的孔处采用全约束;
      3) 在结构的对称而上用对称约束。
      2.2静强度计算结果及其分析
      车架总体采用弹性模量E=2.1E10MPa,泊松比0.3,屈服强度235MPa,抗拉强度275-460 MPa的碳素钢Q235。在有限元分析过程中经处理得车架总体应力分布云图,位移分布云图。
      由应力分布云图可知:整个车架的总体应力较小,只是在部分区域应力较集中,包括前支架与车架连接区域、牵引销孔处和边称和主纵梁连接部分。如图所示可看出最大应力集中在后部悬架支架附近区域和牵引销孔处,其大小为51.8MPa,半挂车车架所选钢材的屈服极限为235 MPa,可知车架上最大应力值远小于材料的屈服极限。所以从静态角度讲车架的强度满足车架的性能要求,可减少贯通称和边斜称数量,以节约生产成本,减少浪费。
      由应变分布云图可知:整个车架的总体应变较小,只是在车架边纵梁中部附近区域变形相对较大,其最大变形值是2.128 mm,如图所示。所以从静态角度讲车架的刚度也满足使用要求,只是在车架中部变形相对较大,可以适当增加此位置上主纵梁、边纵梁和贯通称的刚度,以减小车架变形。
      3模态分析
      3.1模态分析前处理
      由于实际支撑条件下的有限元分析很难实施,而从理论上讲,可以通过数学建模的方法得到任意约束边界条件下的特性。因此车架有限元模态分析不采用任何约束,以求接近模态试验效果。
      计算频段的选择应考虑到车架在实际运行条件下可能出现的激振频率范围。而高频模态贡献的大小取决于激振频率和激振力的分布状态。因此,计算频段应略高于激励力的频带。考虑到实际的运行速度、路面条件、车架、其他部件,以及综合分析的需要,选取前十阶模态固有频率作为其计算频段。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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