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                      基于MSC.Nastran的载货车车架有限元分析

                      发布于:2018-03-02 21:38
                      有限元分析

                             重型载货车在公路运输中占有很大的份额,欧美等发达国家的长途货运几乎都是由重型载货车来完成的。重型载货车的车架不仅承担发动机,底盘和挂车以及载货的质量,而且还要承受汽车行驶过程中所产生的各种力和力矩,因此,其可靠性不仅关系到整车能否正常行驶,而且还关系到整车的安全性。随着现代汽车设计要求的日益提高,将有限元分析运用于车架设计已经成为一种必然的趋势。本研究以某重型载货车车架为研究对象,在有限元分析理论基础上,运用有限元分析软件MSC.Nastran,分析了不同状态下车架结构的静弯强度和刚度特性,同时分析了车架的模态特性。
                             某重型载货车车架边梁式结构几何模型,主要由2根主纵梁和9根横梁组成,横梁与纵梁采用铆钉连接。该车采用8X4结构型式,双前桥转向,双后桥驱动。前桥通过普通钢板弹簧与车架相连,后桥通过平衡悬架与车架相连,平衡悬架2个推力杆支座为整体式支撑方式。该车架前悬1412mm,轴距(1900+4425+1350)mm,后悬2310mm,采用的是双层板,厚度为(8+5)mm。该重型载货车车架的主纵梁和副纵梁的材料是355钢材,材料的物理性能为:弹性模量为210GPa,泊松比为0.31,伸长率为6%,断面收缩率为40%冲击功为39J;材料的机械性能为:屈服强度355MPa,抗拉强度500MPa,最大抗拉强度600Mpa。钢板弹簧的刚度系数为:前钢板弹簧的垂直刚度系数kf=268N/mm,后钢板弹簧的垂直刚度系数kt=1780N/mm。在对车架结构进行静弯强度计算时,主要分为三种形式:光车架、装前悬架、装前、后悬架。
                             对于车架载荷,在计算过程中,中部加载质量(光车架3342kg,装前悬架3321kg,装后悬架1861kg)平均分配到加载处的各单元上。车架边界条件和网格划分,图为光车架应力应变分布图分别为车架纵梁上翼面和下翼面关键点位应力计算值及与试验值的误差。由图可以看出,车架纵梁上翼面和下翼面关键点位应力计算值除个别点位(4140和3770点)超差之外均符合要求。由图可以看出,车架纵梁翼面和下翼面关键点位值除个别点位(拉翼面738x,下冀面865和1655点)超差之外均符合要求。
                             车架纵梁上翼面和下翼面关键点位应力计算值均符合要求。有限元计算应力值及与试验值对比分析表明,有限元分析模型是正确的,可以用于后续改进设计分析。对车架进行静弯刚度分析时,主要分析了车架纵梁上各点的位移,以及加载点不同时的光车架刚度。
                             本研究分析车架的自由模态,即没有约束条件的自由状态下的模态特性分析,所以采取去除先前模型中模拟悬架的弹簧单元和刚性连接单元,只保留车架的总成并不加约束。在进行模态分析之前,对模型作如下修正:(1)调整有限元模型中的网格划分。对误差较大的部件,将其网格进行细化,从而提高计算精度。(2)检查螺栓或铆钉的连接处是否存在应力集中现象。由于本研究采用了刚性连接模拟螺栓和铆钉的连接,忽略了螺母的预紧力和铆钉的过盈配合等因素。因此若出现应力集中现象,应在螺栓孔的周围适当添加一些刚性连接。(3)分析模型中的最大应力是否合理。若最大应力出现在载荷的加载处,应将载荷分散加载,避免载荷加在某一个单元或很少的几个单元上。若最大应力出现在零部件的连接和装配处,应检查是否有漏连和错连的现象。运动方程包含了质量、刚度、阻尼几个部分。以往进行有限元模态分析时因计算机计算能力限制,一般把车架的质量以及附件的质量都以载荷的形式平均到节点上来模拟,这种假设对于求静态强度还是可以的,但对于求解车架模态则不合适。因为这样实际上是忽略了车架的质量,会使车架的固有属性发生改变。


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