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        農用運輸車車架的強度有限元分析

        發布于:2021-08-23 19:14
        有限元分析
         

               車架應具有足夠的抗彎強度和抗扭強度,對于農用運輸車來說,由于其使用環境相對較差,因而這一點顯得特別重要。本文根據設計使用的實際情況,用ANSYS有限元分析系統對CMWL2008CD型農用運輸車的車架進行了有限元分析。傳統的車架有限元分析一般將車架簡化成空間桿系結構,采用空間梁元進行計算。這種方法計算速度快、需要計算機內外存資源較少,能較好地反映車架的整體應力水平及其分布情況。由于這種計算模型對真實車架結構的簡化和近似處理較多,因而較難反映出車架的應力集中以及局部應力分布和應力水平,難以滿足實際設計分析的要求。
               本文首先介紹了CMWL2008CD型農用運輸車車架的結構特點,在此基礎上建立了基于3D板殼元和約束方程的車架有限元計算模型,這種模型較早期的3D板殼元車架模型,更接近實際情況。文中介紹了計算模型的建立方法和處理技術,并用該模型計算分析了車架在彎曲工況和彎扭組合工況下的應力水平和應力分布。鑒于該型農用運輸車在實際使用中曾出現過超載情況,文中還計算討論了車架在車輛嚴重超載時的強度問題。最后提出了車架的改進設計意見和實際使用中應注意的強度問題。
               CMWL2008CD型農用運輸車的車架為邊梁式車架。為提高承載能力,在左右縱梁中后部還設計有縱梁加強盒。車架結構示意圖如圖所示。左右縱梁為槽形截面,縱梁加強盒截面形狀與縱梁相同。各橫梁截面形狀各異,除了液壓油箱前(后)橫梁壁厚為4 mm外,其他各橫梁壁厚均為5 mm。整個車架結構在力學上可視為典型的薄壁結構,大梁板材為B-5.0/16 MnL鋼板。
               根據靜力等效原則,將發動機、駕駛室、駕乘人員、變速箱等各部件的質量對車架的作用向其在車架上的作用點(安裝點)簡化為車架上集中載荷;貨廂的質量與裝載量之和對車架的作用按貨廂與車架的實際接觸面積計算簡化為車架上的均布載荷。設駕乘人員2人,按65 kg/人計算,忽略車架自重的影響,不考慮發動機、駕駛室、變速箱、貨廂等部件的剛度對整個車架剛度的貢獻。各部件的質量及整車裝載量如表所示。
               如忽略輪胎的彈性,則可得車架的載荷與約束示意圖如圖所示。圖中懸架載荷與變形的關系如表所示,根據表中的數據可計算出懸架的剛度。因為只計算車架的靜強度,所以不考慮懸架的阻尼特性。
               根據對CMWL2008CD型農用運輸車車架結構特點的分析來看,實際上由各縱橫梁組成的車架在力學上是典型的3D板殼結構。因此本文采用4節點、24個自由度的3D板殼元來離散整個車架結構,采用約束方程來模擬縱橫梁的鉚接關系,采用2節點、12個自由度的3D連接元來處理前板簧和后懸架的主副板簧。這是目前較先進的計算模型和處理
               車架縱橫梁連接處的局部放大網格劃分如圖所示。圖中縱橫梁的幾何關系描述準確,但鉚接的約束關系沒有直接表示出來,在計算時通過約束方程來實現。車架節點總數為10816,結構自由度總數為64896。
               車輛滿載(滿員),四個車輪中三個車輪處于同一平面位置不變,而另一個車輪向上抬高60mm。此時車架處于彎扭組合變形之中。計算中將右前輪向上抬高60mm,而其他三個車輪保持原同平面位置不變。



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