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太阳能清洁车车架的强度分析

发布于:2016-09-04 18:00
强度分析

      人力清扫在我国非主干道的清洁作业中占主体,这种作业方式清扫效率低并且浪费了大量人力。随着太阳能技术的发展,小型自动太阳能清洁车已经在一些城市得到良好应用。太阳能清洁车依赖车顶部太阳能板获得太阳能,完成路面清扫、垃圾回收及垃圾运输作业。
      某型号太阳能清洁车结构,如图所示。考虑太阳能板与蓄电池的效率,应尽可能减轻车体重量。车架是太阳能清洁车的主要承载部件,工作中支承清洁车各部件的重量且要承受地面传来的反作用力。因此,车架在轻量化的同时应保进行详细的强度分析
      太阳能驱动清洁车车架为复合框架结构,采用薄钢板焊接而成。在利用有限元法进行车架强度分析时,国内目前多用节点共用或beam单元模拟焊点,国外有利用伞状焊点模型模拟焊点的案例。利用CATIA对车架进行三维建模,采用HyperMesh对车架进行网格划分,利用节点共用及CWELD单元模拟焊点的形式建立两种有限元模型进行强度分析,对比计算结果,校核车架强度。
      数模的建立主要利用CATIA中Part模块进行建模,Product模块进行模型装配。经分析,车架由多个横梁、纵梁焊接连接而成,为了便于在后续有限元分析中建立不同连接形式,在建模时将各横梁及纵梁分别建成为不同的Part,再根据实车装配位置在product中进行装配。三维模型,如图所示。
      在确保有限元分析精度的前提下,为了提高分析计算的效率,在模型导入后需对车架结构作适当的简化101。主要包括:
      (1)略部分非承载构件,如前车架前侧半圆挡圈;
      (2)忽略对车架整体力学性能影响较小的细节,如车架上半径3mm以下的孔、过渡圆角或倒角等;
      (3)对模型进行理想化状态假设,假定车架的材料是连续均匀各向同性的完全弹性体。简化后需要对模型进行几何清理。
      清洁车车架所用钢板较薄,采用壳单元进行分析。HyperMesh在网格划分方面提供了大量的网格划分工具及网格质量检查工具。选用2D单元对车架划分网格,单元类型为shell,壳单元厚度为1.5m。材料为16MnL,弹性模量2.1 xe5MPa,泊松比为0.3,密度为7.8xe6kg/m,
      对于车架这样的结构,大部分分析采用节点共用的一体化分析方式,即将车架作为一个整体忽略各部分连接细节。作为初步校核,首先采用整体式连接共14428个节点,14135个单元。
      边界条件是实际工况在有限元模型中的表现形式。它是否符合实际在很大程度上决定了计算结果的精度。
      该太阳能驱动清洁车车架主要承载部件有垃圾斗、垃圾箱及蓄电池。在建立载荷约束时主要针对垃圾斗及垃圾箱满载情况下的受力进行模拟分析、具体载荷分布,如表所示。
      车辆满载静止时的静强度分析即模拟在满载状态下,三轮着地时的状态。边界条件如图中三角处所示:
      (1)约束左右车轮轴承处的X,Y,Z方向的自由度;
      (2)约束后支架后端支撑处的X,Y,Z方向的自由度;
      CWELD焊点模型是由一具有剪切柔性的梁单元构成。梁单元的节点分别位于焊接连接的两个单元节点上,连接方式,如图所示。
      焊接单元的节点具有平动和转动特性,即挠度。和截面转动角度8°,其值可以通过与之相连的壳单元节点的平动和转动数值插值得到关系,对于焊接单元,外力即等效到节点在计算焊接节点力时要计算节点的内外力上的外载荷,内力即单元节点力,即单元与节点相连的内力。


                                                                                  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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