管梁式柔性抗扭平臺減振研究和強(qiáng)度分析

朱 強(qiáng),周良生

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì);2.軍事交通學(xué)院運(yùn)輸研究所,天津 300161）

管梁式柔性抗扭平臺減振研究和強(qiáng)度分析

朱 強(qiáng)1,周良生2

（1.陸軍軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì);2.軍事交通學(xué)院運(yùn)輸研究所,天津 300161）

為了減小運(yùn)輸車輛在行駛過程中地面激勵產(chǎn)生的扭矩傳遞到上裝，同時(shí)獲得可靠的管梁式柔性抗扭平臺。以某貨車為模型，在車架上加裝管梁式柔性體車架，建立整車多體動力學(xué)模型。使用Adams軟件對原車和改進(jìn)后的車輛模型在不同路面下進(jìn)行了仿真。用Ansys對管梁式柔性抗扭平臺進(jìn)行扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力分析。結(jié)果顯示，在不同路面下，管梁式柔性體車架均使車輛質(zhì)心角加速度減小10%以上,管梁式柔性抗扭平臺的尺寸滿足應(yīng)力要求。

柔性；減振；抗扭；強(qiáng)度

運(yùn)輸車輛在行駛過程中，由于路面不平度產(chǎn)生斜對稱動載荷給車輛帶來的扭矩，會使得車輛上裝產(chǎn)生振動，降低車輛載貨運(yùn)輸?shù)男?。管梁式柔性體平臺作為一種抗扭減振的懸置結(jié)構(gòu)，對路面激勵產(chǎn)生的扭矩傳遞到上裝起到明顯減弱效果。

這里通過對管梁式柔性體平臺對扭矩的減振作用進(jìn)行仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，并且對選用的管梁式平臺的可靠性進(jìn)行分析。

1 整車多體動力學(xué)模型的建立

通過試驗(yàn)獲取某運(yùn)輸車輛相關(guān)參數(shù)，將經(jīng)過Ansys有限元處理過的管梁式柔性體車架通過設(shè)計(jì)合理安裝在整車模型上，獲得的加裝管梁式柔性體車架的整車多體動力學(xué)模型如圖1所示。

將建立的整車模型在Adams的振動分析模塊Adams/Vibration中分別對前后懸架進(jìn)行掃頻分析，結(jié)果顯示模型參數(shù)符合仿真要求。

2 整車模型的仿真分析

2.1 三維路面模型的生成

在路面不平度的研究中，國內(nèi)外學(xué)者提出過不同形式的功率譜密度表達(dá)式。對于隨機(jī)路面，用Adams/Car Ride里的路面輪廓生成器就可以生成。對于脈沖路面和大扭曲路面三維模型的創(chuàng)建，這里我使用Adams/Car Ride里的Road Builder來創(chuàng)建。創(chuàng)建的寬度三角脈沖激勵三維模型和大扭曲路面三維模型。

2.2 路面模型下的振動仿真分析

管梁式柔性體車架主要是對路面激勵產(chǎn)生的扭矩衰減效果明顯，因此這里對車輛只做上裝的扭轉(zhuǎn)振動角加速度進(jìn)行分析。剛性連接為原車，柔性連接為加裝柔性體車架的車輛模型。

2.2.1 B級隨機(jī)路面的振動仿真

加裝管梁式柔性體車架的車輛模型和原車分別以60km/h車速通過B級隨機(jī)路面，計(jì)算角加速度均方根值（RMS）。得出加裝柔性體車架和原車在不同車速下上裝的振動角加速度如表1所示。

表1 不同車速下上裝的振動角加速度

由表1得出，車輛以60km/h車速通過B級隨機(jī)路面時(shí)，原車上裝質(zhì)心振動角加速度峰值為1.04deg/s2，RMS為0.29deg/s2；加裝柔性體車架的車輛上裝質(zhì)心角加速度峰值為0.93deg/s2，RMS為0.28deg/s2；相較于原車，上裝質(zhì)心角加速度峰值減少了11%, RMS減少了3.5%。2.2.2 脈沖路面的振動仿真

車輛行駛通過脈沖路面的振動仿真分為單側(cè)輪通過脈沖路面和雙輪同時(shí)通過脈沖路面兩種情況。車輛以60km/h車速通過脈沖路面時(shí)上裝質(zhì)心振動仿真。車輛以60km/h車速單側(cè)輪通過脈沖路面時(shí)，原車輛上裝質(zhì)心振動角加速度峰值為172.47deg/s2，加裝柔性體車架的車輛上裝質(zhì)心振動角加速度峰值為141.00deg/s2，相較于原車，上裝質(zhì)心振動角加速度峰值減少了18%。車輛以60km/h車速雙輪同時(shí)通過脈沖路面時(shí)，原車上裝質(zhì)心振動角加速度峰值為17.26 deg/s2，加裝柔性體車架的車輛上裝質(zhì)心振動角加速度峰值為15.36 deg/s2，相較于原車，上裝質(zhì)心角加速度峰值減少了11%。

2.2.3 大扭曲路面的振動仿真

車輛以60km/h車速單側(cè)輪通過脈沖路面時(shí)上裝質(zhì)心振動仿真。車輛以60km/h車速通過大扭曲路面時(shí)，原車上裝質(zhì)心振動角加速度峰值為55.56 deg/s2，加裝柔性體車架的車輛上裝質(zhì)心振動角加速度最大值為49.95deg/s2，相較于原車，上裝質(zhì)心振動角加速度峰值減少了10%。

3 管梁式柔性抗扭平臺強(qiáng)度分析

3.1 管梁式柔性體平臺扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算

其中為扭轉(zhuǎn)角度，為所受扭矩， 為管的長度，為材料的剪切模量，為管截面的極慣性矩,是材料的扭轉(zhuǎn)剛度。

選用的管梁內(nèi)徑為12cm，外徑為16cm，翼梁的端口尺寸為長12cm，寬80cm，高10cm，長度為240cm。則材料的扭轉(zhuǎn)剛度為

3.2 管梁式柔性體平臺強(qiáng)度分析

通過Ansys有限元方法對管梁式平臺進(jìn)行可靠性分析，首先對結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分。主要有四面體網(wǎng)格、掃掠型網(wǎng)格、自動劃分法、Hex Dominant網(wǎng)格、多域掃掠等方法。這里選用四面體網(wǎng)格里的TGRID算法進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃。

3.2.1 管梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

邊界條件為車輛滿載時(shí)，載重10噸，車架傾角為30°，管梁扭矩為18000N.m，對管梁結(jié)構(gòu)施加扭矩載荷，通過有限元網(wǎng)格劃分共，計(jì)劃分28234個(gè)四面體單元，結(jié)果如圖2、3所示。

根據(jù)管梁結(jié)構(gòu)仿真結(jié)果可知，該管梁結(jié)構(gòu)最大扭轉(zhuǎn)周向應(yīng)變?yōu)?.513mm，最大扭轉(zhuǎn)角度為0.37°，發(fā)生在管梁兩端，最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為24.029MPa，發(fā)生在管梁中部固定支撐部位。管梁最大扭轉(zhuǎn)應(yīng)力24.029MPa小于材料許用扭應(yīng)力[τ]=50MPa，符合強(qiáng)度要求。

3.2.2 管梁式柔性體平臺強(qiáng)度分析

使用TGRID算法對管梁式柔性體平臺進(jìn)行四面體網(wǎng)格劃分，共計(jì)劃分114206個(gè)四面體單元。邊界條件為當(dāng)SX2190滿載條件，載重量為10噸時(shí)，平均施加于每根翼梁上表面的壓力為57800Pa，對上裝減振機(jī)構(gòu)平臺進(jìn)行載荷施加，仿真結(jié)果如圖4、5所示。

根據(jù)管梁式柔性體平臺仿真結(jié)果可知，該平臺最大彎曲應(yīng)變?yōu)?.594mm，發(fā)生在翼梁兩端，最大彎曲應(yīng)力為191.87MPa，發(fā)生在翼梁中部與管梁連接部位。翼梁最大彎曲應(yīng)力191.87MPa小于材料許用彎曲應(yīng)力[σ]=330MPa，符合強(qiáng)度要求。

4 結(jié)論

（1）通過仿真分析，加裝管梁式減振機(jī)構(gòu)的改裝車與原車相比，在隨機(jī)路面、路面脈沖激勵和大扭曲路面激勵下，上裝的扭轉(zhuǎn)振動加速度峰值降低幅度都在10%以上。由此可見，管梁式減振機(jī)構(gòu)對載貨車在路面不平度較大路面行駛時(shí)的上裝扭轉(zhuǎn)振動響應(yīng)減振效果明顯。

（2）通過對管梁式柔性體平臺進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，獲得管梁柔性體平臺扭轉(zhuǎn)和彎曲應(yīng)力最大的點(diǎn)，對管梁式柔性體平臺的設(shè)計(jì)和可靠性深入分析具有重要意義。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.184