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基於MSC.Nastran的載貨車車架有限元分析

發布於:2018-03-02 21:38
有限元分析

       重型載貨車在公路運輸中占有很大的份額,歐美等發達國家的長途貨運幾乎都是由重型載貨車來完成的。重型載貨車的車架不僅承擔發動機,底盤和掛車以及載貨的質量,而且還要承受汽車行駛過程中所產生的各種力和力矩,因此,其可靠性不僅關係到整車能否正常行駛,而且還關係到整車的安全性。隨著現代汽車設計要求的日益提高,將有限元分析運用於車架設計已經成為一種必然的趨勢。本研究以某重型載貨車車架為研究對象,在有限元分析理論基礎上,運用有限元分析軟件MSC.Nastran,分析了不同狀態下車架結構的靜彎強度和剛度特性,同時分析了車架的模態特性。
       某重型載貨車車架邊梁式結構幾何模型,主要由2根主縱梁和9根橫梁組成,橫梁與縱梁采用鉚釘連接。該車采用8X4結構型式,雙前橋轉向,雙後橋驅動。前橋通過普通鋼板彈簧與車架相連,後橋通過平衡懸架與車架相連,平衡懸架2個推力杆支座為整體式支撐方式。該車架前懸1412mm,軸距(1900+4425+1350)mm,後懸2310mm,采用的是雙層板,厚度為(8+5)mm。該重型載貨車車架的主縱梁和副縱梁的材料是355鋼材,材料的物理性能為:彈性模量為210GPa,泊鬆比為0.31,伸長率為6%,斷麵收縮率為40%衝擊功為39J;材料的機械性能為:屈服強度355MPa,抗拉強度500MPa,最大抗拉強度600Mpa。鋼板彈簧的剛度係數為:前鋼板彈簧的垂直剛度係數kf=268N/mm,後鋼板彈簧的垂直剛度係數kt=1780N/mm。在對車架結構進行靜彎強度計算時,主要分為三種形式:光車架、裝前懸架、裝前、後懸架。
       對於車架載荷,在計算過程中,中部加載質量(光車架3342kg,裝前懸架3321kg,裝後懸架1861kg)平均分配到加載處的各單元上。車架邊界條件和網格劃分,圖為光車架應力應變分布圖分別為車架縱梁上翼麵和下翼麵關鍵點位應力計算值及與試驗值的誤差。由圖可以看出,車架縱梁上翼麵和下翼麵關鍵點位應力計算值除個別點位(4140和3770點)超差之外均符合要求。由圖可以看出,車架縱梁翼麵和下翼麵關鍵點位值除個別點位(拉翼麵738x,下冀麵865和1655點)超差之外均符合要求。
       車架縱梁上翼麵和下翼麵關鍵點位應力計算值均符合要求。有限元計算應力值及與試驗值對比分析表明,有限元分析模型是正確的,可以用於後續改進設計分析。對車架進行靜彎剛度分析時,主要分析了車架縱梁上各點的位移,以及加載點不同時的光車架剛度。
       本研究分析車架的自由模態,即沒有約束條件的自由狀態下的模態特性分析,所以采取去除先前模型中模擬懸架的彈簧單元和剛性連接單元,隻保留車架的總成並不加約束。在進行模態分析之前,對模型作如下修正:(1)調整有限元模型中的網格劃分。對誤差較大的部件,將其網格進行細化,從而提高計算精度。(2)檢查螺栓或鉚釘的連接處是否存在應力集中現象。由於本研究采用了剛性連接模擬螺栓和鉚釘的連接,忽略了螺母的預緊力和鉚釘的過盈配合等因素。因此若出現應力集中現象,應在螺栓孔的周圍適當添加一些剛性連接。(3)分析模型中的最大應力是否合理。若最大應力出現在載荷的加載處,應將載荷分散加載,避免載荷加在某一個單元或很少的幾個單元上。若最大應力出現在零部件的連接和裝配處,應檢查是否有漏連和錯連的現象。運動方程包含了質量、剛度、阻尼幾個部分。以往進行有限元模態分析時因計算機計算能力限製,一般把車架的質量以及附件的質量都以載荷的形式平均到節點上來模擬,這種假設對於求靜態強度還是可以的,但對於求解車架模態則不合適。因為這樣實際上是忽略了車架的質量,會使車架的固有屬性發生改變。


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