某自卸車(chē)副車(chē)架有限元靜態(tài)分析

1、制造業(yè)信息化仿真/建模/CAD /CAM /CAE /CAPPMA NUFACTURING INFORMATIZATION某自卸車(chē)副車(chē)架有限元靜態(tài)分析朱峰，侯靜，林吉靚（開(kāi)封大學(xué)，河南開(kāi)封475004）摘文中針對(duì)某型自卸車(chē)副車(chē)架在其使用中出現(xiàn)疲勞裂紋的情況，利用ANSYS 對(duì)其進(jìn)行有限元分析，得到其受力要：情況，找出了副車(chē)架疲勞裂紋產(chǎn)生的原因，為廠家提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供了重要的數(shù)據(jù)支持。副車(chē)架；疲勞裂紋；ANSYS 關(guān)鍵詞：中圖分類(lèi)號(hào)：T P391.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AZHU Feng,文章編號(hào)：10022333（2009）06003902HOU Jing,LIN Ji-jingStatic Fini

2、te Element Analysis of Vice-frames of an Automaticly Unloading Vehicle（Kaifeng University, Kaifeng 475004，China ）Abstract ：The article analyzes the vice-frames of an automaticly unloading vehicle ，which are in the case of fatigue crack ，using the ANSYS ，and obtains the results of the forces. Then th

3、e cause of vice-frames' fatigue crack is find.And it provides important data support for the factory.Key words ：vice-frames; fatigue crack; ANSYS某型自卸車(chē)是某集團(tuán)公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的供野外作業(yè)的重型運(yùn)輸車(chē)輛，由于設(shè)計(jì)上的缺陷，該車(chē)在惡劣工況下使用3-5個(gè)月后便圖1縱梁寬度轉(zhuǎn)折處焊縫開(kāi)裂22.1副車(chē)架有限元模型的建立三維實(shí)體模型建立自卸車(chē)車(chē)架是一個(gè)圖4簡(jiǎn)化后的副車(chē)架復(fù)雜的空間薄壁結(jié)構(gòu)，本文在不影響其力學(xué)特性的前提下對(duì)其簡(jiǎn)化，如認(rèn)為焊接質(zhì)量是可靠的，將

4、焊縫和各結(jié)構(gòu)部件看作架如圖5所示。2.2車(chē)架材料特性出現(xiàn)了副車(chē)架縱梁寬度轉(zhuǎn)折處和方橫梁處圖5簡(jiǎn)化后的副車(chē)架），有時(shí)甚至發(fā)生斷裂，釀成斷大梁焊縫開(kāi)裂（如圖1所示甚至翻車(chē)的大事故。本文針對(duì)這一問(wèn)題對(duì)副車(chē)架在彎扭聯(lián)合工況下進(jìn)行了有限元計(jì)算，找出副車(chē)架疲勞裂紋產(chǎn)生的原因。1自卸車(chē)副車(chē)架結(jié)構(gòu)車(chē)架前端 9 01方橫梁圓柱橫梁761車(chē)架后端圓形橫梁擋塊一個(gè)連續(xù)體來(lái)處理。處理后的副車(chē)架如圖4所示和副車(chē)副車(chē)架上橫縱梁的材料是16MnL ，彈性模量E =210GPa ，泊松比=0.3，密度=7.8×10-3g/mm3，最小屈服強(qiáng)某型自卸車(chē)的副車(chē)架起連接主車(chē)架和貨箱車(chē)架后端圓形橫梁擋塊761度345MPa

5、 ，最小抗拉強(qiáng)度510MPa ，最大抗拉強(qiáng)度610MPa 。由于自卸車(chē)的工作環(huán)境惡劣，選安全系數(shù)為1.2。2.3車(chē)架有限元模型網(wǎng)格劃分其支持大變形、大應(yīng)變等非采用線性單元SO L ID45，線性分析，在受力分析中可以得到良好的精度。把網(wǎng)格劃分設(shè)為30mm ，并對(duì)重要區(qū)域，如連接部位、截面變化區(qū)域和可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的地方則要進(jìn)行網(wǎng)格的細(xì)化。2.4載荷施加自卸車(chē)車(chē)架整體受力比較復(fù)雜，本文主要是在彎扭聯(lián)合工況下對(duì)自卸車(chē)副車(chē)架結(jié)構(gòu)作有限元靜態(tài)分析，車(chē)表1名稱(chēng)前懸掛總成前輪制動(dòng)器發(fā)動(dòng)機(jī)總成水箱舉升油缸20072012001101504691圖2副車(chē)架示意圖圓柱橫梁車(chē)架前端方橫梁901的作用，旨在確保主車(chē)

6、架載荷的均勻分布，增4691圖3副車(chē)架示意圖加主車(chē)架的強(qiáng)度和剛度。副車(chē)架有兩種，長(zhǎng)約為4.7m ，副車(chē)架的縱梁放在主車(chē)架縱梁的上翼面上，縱梁為槽形，前后部做成等截面?？v梁內(nèi)有槽形襯梁，反扣在縱梁里，根據(jù)所受力不同分為4段。副車(chē)架共有6根橫梁（如圖2）。副車(chē)架共有4根橫梁和一根X 型梁（如圖3）。車(chē)架所受載荷及作用點(diǎn)名稱(chēng)中輪制動(dòng)器后帶制動(dòng)器后懸掛總成油箱載重量重量/kg重心到前軸距離/mm110011003503501600038005250452530004000210-200-10004400重量/kg重心到前軸距離/mm機(jī)械工程師2009年第6 期39制造業(yè)信息化MA NUFACTURIN

7、G INFORMATIZATION仿真/建模/CAD /CAM /CAE /CAPP架所受載荷的具體情況見(jiàn)表1。33.1兩種副車(chē)架的有限元分析結(jié)果自卸車(chē)的左前輪抬高20mm彎扭聯(lián)合工況是指汽車(chē)在崎嶇不平的路面上行駛時(shí)，圖由于一個(gè)或多個(gè)車(chē)輪被抬高或下陷而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的情況。6、圖7是副車(chē)架和副車(chē)架的等效應(yīng)力云圖。圖10副車(chē)架等效應(yīng)力云圖圖11副車(chē)架等效應(yīng)力云圖被抬高的一側(cè)，該處應(yīng)力值超過(guò)了300MPa ，這兩處的Von-Mises 應(yīng)力值超過(guò)了許用應(yīng)力，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間疲勞損失效；第壞，就會(huì)出現(xiàn)塑性變形以及裂紋，導(dǎo)致車(chē)架破壞、三處在車(chē)架左縱梁的寬度轉(zhuǎn)折處，數(shù)值為263MPa 左右，圖6副車(chē)架等效應(yīng)力云圖圖

8、 7 副車(chē)架等效應(yīng)力云圖也很接近許用應(yīng)力，此處是因?yàn)榭v梁的形狀變化而引起的應(yīng)力集中。副車(chē)架也有三處應(yīng)力比較大：第一處是車(chē)），已超過(guò)其材料的許用應(yīng)架最后端，應(yīng)力最大（331MPa 力，這是因?yàn)榇颂幍慕Y(jié)構(gòu)不合理造成了應(yīng)力分布不均；第第二處是在車(chē)架方形橫梁右側(cè)，應(yīng)力值為184MPa 左右；三處是在車(chē)架左縱梁的寬度轉(zhuǎn)折處，其應(yīng)力值為221MPa 左右。由此可以看出兩種副車(chē)架在滿載時(shí)，左前輪和右后輪同時(shí)抬高20mm ，副車(chē)架的Von-Mises 應(yīng)力明顯比副車(chē)架大，尤其是副車(chē)架上兩處的Von-Mises 應(yīng)力值已超過(guò)其材料的許用應(yīng)力，從而可能出現(xiàn)裂紋，尤其是焊接處，以至于副車(chē)架失效，而副車(chē)架除了幾處較大

9、的Von-Mises 應(yīng)力外，其它Von-Mises 應(yīng)力分布情況基本相同。4結(jié)語(yǔ)根據(jù)對(duì)副車(chē)架的有限元靜態(tài)分析可知：在滿載時(shí)，副車(chē)架的最大應(yīng)力已經(jīng)超出了材料的許用應(yīng)力，副車(chē)架在實(shí)際運(yùn)輸中，的最大應(yīng)力也接近于材料的許用應(yīng)力。由于副車(chē)架的縱梁最后端、方形橫梁處和縱梁寬度轉(zhuǎn)折處的應(yīng)力過(guò)大，使得車(chē)架出現(xiàn)了裂紋，即使增加了焊接，也會(huì)因?yàn)閼?yīng)力集中，最終導(dǎo)致車(chē)架破壞。最大應(yīng)力分布的情況與實(shí)際裂紋出現(xiàn)的位置相符，可知上面的分析接近車(chē)架的實(shí)際受力情況，其分析結(jié)果和數(shù)值計(jì)算可以作為車(chē)因?yàn)楦避?chē)架后端是一個(gè)“X ”型橫梁，架改進(jìn)的理論依據(jù)。其采用對(duì)角線支撐，大大提高了副車(chē)架的抗扭剛度，因此在今后的改進(jìn)中應(yīng)以副車(chē)架為基

10、礎(chǔ)做進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文對(duì)某型自卸車(chē)副車(chē)架的有限元分析方法和過(guò)程，適用于各類(lèi)副車(chē)架的設(shè)計(jì)與分析，對(duì)提高我國(guó)自卸車(chē)的設(shè)計(jì)水平和行駛的安全性具有一定的指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)1趙峰.BJ3043型自卸車(chē)車(chē)架靜動(dòng)態(tài)有限元分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)D .濟(jì)南：山東大學(xué)，2004.2周志革，王金剛. 輕型貨車(chē)車(chē)架縱梁異常開(kāi)裂原因的分析J . 汽車(chē)工程，2004（2）：229-232. 3高利. 現(xiàn)代車(chē)輛結(jié)構(gòu)分析M . 西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1998.（編輯明濤）從分析結(jié)果得出副車(chē)架的最大Von-Mises 應(yīng)力為370MPa ，已超過(guò)材料的屈服極限，其發(fā)生部位為車(chē)架后端第三橫梁處，此處會(huì)出現(xiàn)塑性變形，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間

11、疲勞損壞，可能出現(xiàn)裂紋，尤其焊縫更容易出現(xiàn)開(kāi)裂。副車(chē)架最大Von-Mises 應(yīng)力為199MPa ，低于其材料的許用應(yīng)力，為許用應(yīng)力的69%，在車(chē)架最后端，其余部位應(yīng)力均比較小。3.2自卸車(chē)的左后輪抬高20mm圖8、圖9是對(duì)自卸車(chē)左后輪抬高20mm 的情況下的等效應(yīng)力云圖。圖8副車(chē)架等效應(yīng)力云圖圖 9 副車(chē)架等效應(yīng)力云圖結(jié)果顯示：副車(chē)架最大Von-Mises 應(yīng)力出現(xiàn)在車(chē)架后端，其值為396MPa ，已超過(guò)345MPa 的屈服極限，出現(xiàn)的原因是副車(chē)架后面的結(jié)構(gòu)不合理；另一處是在車(chē)架方形橫梁左側(cè)，也就是車(chē)架被抬高的一側(cè)，該處應(yīng)力值為300MPa 左右，也超過(guò)了材料的許用應(yīng)力，由于這個(gè)地方有焊縫，所以容易出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂。副車(chē)架的應(yīng)力分布和副車(chē)架相似，最大應(yīng)力值為244MPa ，接近許用應(yīng)力，所以此處的焊縫容易出現(xiàn)開(kāi)裂，在顛簸的路況上焊縫開(kāi)裂的情況就會(huì)更嚴(yán)重。3.3自卸車(chē)的左前輪和右后輪同時(shí)抬高20mm圖10、圖11是對(duì)自卸車(chē)滿載時(shí)左前輪和右后輪同時(shí)