一種基于有限元強度分析的半掛車結構改進方法

王衛(wèi)清

（泰州機電高等職業(yè)技術學校，江蘇 泰州，225300）

一種基于有限元強度分析的半掛車結構改進方法

王衛(wèi)清

（泰州機電高等職業(yè)技術學校，江蘇 泰州，225300）

用有限元計算方法對某型半掛車主縱梁的強度進行了分析計算.通過有限元仿真計算，提出了在進行局部加強的同時，采用降低腹板高度，使用細而密的橫梁結構的優(yōu)化方案，能夠解決對原來結構的局部應力集中現象，確保半掛車的結構強度.

半掛車；主縱梁；有限元；結構

在目前貨物公路運輸方式中，半掛車以其方便、快捷、高效的特性得到使用單位的青睞，并在貨物運輸中的比例逐漸增大.由于我國存在著超載情況多、運行路況參差不齊等因素，同時目前我國半掛車的生產廠家生產質量水平不一，嚴重影響了半掛車的行車安全.從技術設計上分析，確保半掛車的強度［1］，是行車安全的重要手段之一.

對半掛車主結構的強度分析方法也不盡相同.傳統(tǒng)上使用經驗公式進行設計或者質量問題分析，而近年來隨著有限元軟件的發(fā)展，越來越多的車輛采用有限元法進行結構強度設計.在應用有限元法的時候，有的文獻把半掛車車架稱為對稱結構，因此只對單側梁進行計算［2］，而以整車架進行有限元計算的則更為常見［3－4］.本文就某型40T半掛車強度計算，運用有限元計算軟件ANSYS，用整車架方法進行靜載荷分析計算，以發(fā)現應力薄弱點，對半掛車設計進行改進.

1 計算的基本條件

在本次計算中，應用PRO／ENGINEER軟件建立半掛車車架模型，將其導入ANSYS后，對模型進行單元劃分.在模型建立過程中，在不影響計算精度的前提下，對伸出橫梁部位進行簡體處理，對微曲梁進行取直化，并在約束和承載處建立對應的平臺以簡化計算.經過比較，采用SHELL63單元（見圖1）進行網格劃分.所有的約束都以面約束進行處理，載荷也以對相應面施加均勻載荷的形式進行處理.

圖1 SHELL32單元

車架材料采用16Mn低合金結構鋼，具體力學參數為：

彈性模量：210GPa；

泊松比：0.3；

密度：7.85×10－6kg／mm3；

強度極限：550MPa；

屈服極限：350MPa.

考慮到不同的運行路況對車架的沖擊，以載荷系數為2.5進行計算分析.

通過PRO／E建立包括2根主縱梁、16根橫梁組合構成的半掛車車架.根據車架受力情況.在牽引銷座、輪胎座等支撐部位施加約束，如圖2所示.

圖2 原車架結構及約束示意圖

2 考慮不同裝載及運行工況時的最大應力

應用整車架方法并以設計裝載量裝載進行計算，根據不同的裝載工況，分別計算均載以及當裝載部位為車架中前部、中部、中后部時的最大應力，以模擬半掛車在不同情況下對牽引銷、輪胎部位的最大應力.

考慮各種運行及裝載工況下的最大應力仿真計算結果如表1所示.

表1 各種運行工況下主縱梁最大應力及位置 MPa

從表1可以看出，不同裝載工況下最大應力計算結果分別為249.2MPa、490.0MPa、496.4MPa、122.4MPa.中前部和中部承載對應的最大應力部位在下翼板與牽引銷座連接處，中后部對應的最大應力部位在縱梁下翼板后部與懸架支點接觸處.不同的裝載工況對車架的最大應力是不同的，其中裝載在中部及中前部對車架應力影響最大.如果考慮到急轉彎、急剎車、扭轉等不同的運行情況，對車架影響最大的運行工況為扭轉工況，最大應力位于車架縱梁下翼板與牽引銷座處，達到496MPa.

3 對車架結構的改進優(yōu)化

為了降低車架受到的應力，對局部應力薄弱部位進行加強，通過不同的改進方法并進行有限元仿真計算，有如下結果：

（1）單純地進行局部加強的方法并不能有效減小最大應力，同時有可能使受力更加惡化；

（2）加大牽引銷座與車架結構的接觸面積，可以適當減小最大應力，但是仍然超過縱梁的屈服極限；

（3）考慮到車架重量的因素，把主縱梁的腹板高度適當減小，同時增大牽引銷座的接觸面積，并采用細密橫梁結構，可以在適當地減小車架重量的前提下，極大地減小最大應力.

計算表明，在路面上受到嚴酷的路面不平等因素造成的車架扭轉情況下，車架受到的應力最為嚴酷，在未進行改動前其靜止狀態(tài)應力可達到496MPa；而把主縱梁的腹板適當減小高度，同時增大牽引銷座的接觸面積，并采用細密橫梁結構后，最大應力僅僅為291 MPa，遠小于材料的屈服極限，如圖3、圖4所示.

圖3 牽引銷座改進示意圖

圖4 扭轉狀況下改進結構及應力圖

4 結 語

由于計算是以動載荷系數為2.5進行分析的，同時又考慮到各種極限裝載及運行工況，因此仿真計算的余度很大.同時本次計算分析說明，為減小半掛車主縱梁的局部應力，應該在對局部構件加強的同時，對車架橫梁結構進行改進，減小腹板高度并采用細而密的構架結構，能有效地降低局部強度應力集中現象，保障半掛車的結構強度.

［1］ 劉華民.半掛車質量問題簡析［J］.商用汽車，2003（7）：80－81.

［2］ 朱永強.儀垂杰.低貨臺半掛車右主縱梁有限元分析［J］.專用汽車，2002（1）：5－6.

［3］ 巢凱年.有限元軟件計算客車骨架強度［J］.四川工業(yè)學院學報，2001（1）：23－25.

［4］ 林程，陳思忠，吳志成.重型半掛車車架有限元分析［J］.車輛與動力技術，2004（4）：23－27.

A Structure Improved Method for a Semi－trailer by Application of Structural Intensity with Finite Element Analyzing Method

WANG Wei－qing
（Taizhou Higher Vocational School of Mechanical ＆Electrical Technology，Taizhou 225300，China）

A kind of structural longitudinal beam of semi－trailer has been analyzed by the application of finite element analyzing method.Comparing to the origin method，the multi－beam analyzing method can guarantee the computing accuracy.At the same time，the optimized structure has been provided with partial strengthen，reduce ventral batten and adapt a thin ＆thick crossbeam stucture.

semi－trailer；main longitudinal beam；finite element method；structure

U462.2＋2

A

10.3969／j.issn.1671－6906.2010.05.018

1671－6906（2010）05－0070－03

2010－09－09

王衛(wèi)清（1973－），女，江蘇泰州人，講師，碩士.