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农用运输车车架的强度有限元分析

发布于:2021-08-23 19:14
有限元分析
 

       车架应具有足够的抗弯强度和抗扭强度,对于农用运输车来说,由于其使用环境相对较差,因而这一点显得特别重要。本文根据设计使用的实际情况,用ANSYS有限元分析系统对CMWL2008CD型农用运输车的车架进行了有限元分析。传统的车架有限元分析一般将车架简化成空间杆系结构,采用空间梁元进行计算。这种方法计算速度快、需要计算机内外存资源较少,能较好地反映车架的整体应力水平及其分布情况。由于这种计算模型对真实车架结构的简化和近似处理较多,因而较难反映出车架的应力集中以及局部应力分布和应力水平,难以满足实际设计分析的要求。
       本文首先介绍了CMWL2008CD型农用运输车车架的结构特点,在此基础上建立了基于3D板壳元和约束方程的车架有限元计算模型,这种模型较早期的3D板壳元车架模型,更接近实际情况。文中介绍了计算模型的建立方法和处理技术,并用该模型计算分析了车架在弯曲工况和弯扭组合工况下的应力水平和应力分布。鉴于该型农用运输车在实际使用中曾出现过超载情况,文中还计算讨论了车架在车辆严重超载时的强度问题。最后提出了车架的改进设计意见和实际使用中应注意的强度问题。
       CMWL2008CD型农用运输车的车架为边梁式车架。为提高承载能力,在左右纵梁中后部还设计有纵梁加强盒。车架结构示意图如图所示。左右纵梁为槽形截面,纵梁加强盒截面形状与纵梁相同。各横梁截面形状各异,除了液压油箱前(后)横梁壁厚为4 mm外,其他各横梁壁厚均为5 mm。整个车架结构在力学上可视为典型的薄壁结构,大梁板材为B-5.0/16 MnL钢板。
       根据静力等效原则,将发动机、驾驶室、驾乘人员、变速箱等各部件的质量对车架的作用向其在车架上的作用点(安装点)简化为车架上集中载荷;货厢的质量与装载量之和对车架的作用按货厢与车架的实际接触面积计算简化为车架上的均布载荷。设驾乘人员2人,按65 kg/人计算,忽略车架自重的影响,不考虑发动机、驾驶室、变速箱、货厢等部件的刚度对整个车架刚度的贡献。各部件的质量及整车装载量如表所示。
       如忽略轮胎的弹性,则可得车架的载荷与约束示意图如图所示。图中悬架载荷与变形的关系如表所示,根据表中的数据可计算出悬架的刚度。因为只计算车架的静强度,所以不考虑悬架的阻尼特性。
       根据对CMWL2008CD型农用运输车车架结构特点的分析来看,实际上由各纵横梁组成的车架在力学上是典型的3D板壳结构。因此本文采用4节点、24个自由度的3D板壳元来离散整个车架结构,采用约束方程来模拟纵横梁的铆接关系,采用2节点、12个自由度的3D连接元来处理前板簧和后悬架的主副板簧。这是目前较先进的计算模型和处理
       车架纵横梁连接处的局部放大网格划分如图所示。图中纵横梁的几何关系描述准确,但铆接的约束关系没有直接表示出来,在计算时通过约束方程来实现。车架节点总数为10816,结构自由度总数为64896。
       车辆满载(满员),四个车轮中三个车轮处于同一平面位置不变,而另一个车轮向上抬高60mm。此时车架处于弯扭组合变形之中。计算中将右前轮向上抬高60mm,而其他三个车轮保持原同平面位置不变。



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