重型特種車車架強度分析及其輕量化問題研究

呂帥 竇娟

泰安航天特種車有限公司 山東 泰安 271000

提高重型特種車車架強度，必須要使用一定的輕量化措施。這樣有利于重型特種車車架具有更好的使用效果。保證重型特種車在使用過程中可以有更長的使用壽命。所以需要經(jīng)過科學(xué)的研究分析，找到有效的辦法。對重型特種車的車架強度和輕量化之間的關(guān)系進(jìn)行平衡。靈活的使用工藝技術(shù)，可以最大程度的滿足生產(chǎn)與使用方面的需求。除此之外，重型特種車要提高其輕量化問題的處理效率，提高車架實際使用過程中的服務(wù)水平。

1 特種車車架實例分析

重型特種車在實際使用過程中會受到多方面客觀因素的影響，導(dǎo)致車架的整體抗壓強度減弱，最終使得重型特種車的實際使用效果難以滿足生產(chǎn)作業(yè)的需求，降低了其工作性能；并且，因為重型特種車車架過于沉重；在實際使用的過程中會存在移動緩慢、對路面情況要求高等問題，影響了工作效率，所以在重型特種車車架方面，要采取必要的輕量化措施，使其具有更高的使用性能。但是不能以犧牲車架強度為代價，掌握好車架強度與輕量化之間的關(guān)系。

2 重型特種車車架強度分析

2.1 有限元基本思想

有限元法使用過程中主要是把分析目標(biāo)的整體結(jié)構(gòu)通過一定的方式分成多個有限元微小單元體。然后通過節(jié)點將相鄰的單元相互連接的方法。這些單元體連接集合可以代替原有的結(jié)構(gòu)實體。達(dá)到分析目標(biāo)連續(xù)體的離散化。以節(jié)點基本未知數(shù)為分類原則。有限元法包括混合法和位移法。在分析過程中，其步驟為：

（1）對目標(biāo)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理；

（2）選擇可靠的位移模式；

（3）對各個單元力學(xué)性能進(jìn)行重點分析；

（4）對等效節(jié)點力進(jìn)行科學(xué)分析；

（5）將所有的單元剛度方程進(jìn)行設(shè)置，建立出可以反映連續(xù)體結(jié)構(gòu)的平衡方程；

（6）對單元應(yīng)力以及未知節(jié)點位移進(jìn)行計算。

2.2 車架強度有限元分析中板殼單元分析

因為重型特種車很多結(jié)構(gòu)部件使用了薄壁梁，這種材料的厚度和截面尺寸都小于部件長度，所以可以將車架的各個組成部分看成是多個板殼組合而成。利用板殼單元建立出科學(xué)的有限元計算模型，精確的計算、分析出車架強度。主要過程為：

（1）在板殼有限元的分析過程中， 要注意平板單元組成的折板系統(tǒng)，并且將其科學(xué)的使用在分析車架各個組成部件的應(yīng)力狀態(tài)的過程中。找到重型特種車車架在不同的應(yīng)力狀態(tài)下其抗壓強度的分析結(jié)果。

（2）直接建立出曲面單元。通過對殼體理論的分析使用。建立出科學(xué)的單元剛度矩陣，達(dá)到對車架剛度進(jìn)行全面評估的目的。并且對其組成部件之間的接頭連接方式和復(fù)雜縱橫梁性能進(jìn)行重點討論。最終可以得到重型特種車車架剛度的實際信息。

2.3 車架強度有限元分析中其他單元分析

整合重型特種車車架結(jié)構(gòu)分析研究可知，一些部件的幾何形狀特性限制了梁單元模擬和板殼模擬，這就需要使用其他科學(xué)的方法進(jìn)行深入研究。車架強度的有限元分析中，其他單元分析的過程中主要過程為：

（1）用梁單元模擬軸進(jìn)行模擬分析。徑向力傳遞過程中可以通過桿單元傳遞軸和軸承之間的連接方式進(jìn)行表示。

（2）要選擇部分桿單元，對其平衡自由度進(jìn)行分析研究，保證重型特種車的車架強度研究時可以模擬軸梁單元，并且可以展現(xiàn)出自身的軸向自由轉(zhuǎn)動形式同時將這個問題作為重點研究內(nèi)容。為重型特種車車架強度研究分析做出必要的參考。

3 重型特種車車架輕量化問題研究

通過對重型特種車車架的強度和剛度進(jìn)行科學(xué)的研究分析?？芍匦吞胤N車車架輕量化問題處理的有效方式。達(dá)到完善車架結(jié)構(gòu)和性能的目的。把重型特種車車架自重力控制在合理的范圍之內(nèi)。所以需要采取科學(xué)的措施來對重型特種車車架進(jìn)行輕量化處理。提高車架的性能。

在重型特種車車架輕量化問題研究過程中。要對多方面因素進(jìn)行綜合性分析。主要是以下幾個方面：

3.1 優(yōu)化車架截面尺寸

在研究重型特種車車架輕量化問題過程中，首先要對車架結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行分析。設(shè)計合理的車架結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。可以達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)的目的。但是只依靠調(diào)整車架截面尺寸很難達(dá)到真正意義上的輕量化優(yōu)化設(shè)計。所以截面尺寸優(yōu)化只能作為一項輔助技術(shù)。

3.2 優(yōu)化車架形狀

在重型特種車車架形狀優(yōu)化的過程中，需要對車架的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行必要的技術(shù)處理。提高車架各種材料的使用率。保證車架輕量化問題可以有效解決。車架形狀的優(yōu)化過程中，主要是通過分析桿類結(jié)構(gòu)連接結(jié)構(gòu)來達(dá)到優(yōu)化的目的。使用分層優(yōu)化、統(tǒng)一混合法對桿類結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸修改和形狀處理。結(jié)合分析法和數(shù)值法等結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法將優(yōu)化過程中的復(fù)雜問題進(jìn)行解決。從而達(dá)到優(yōu)化車架形狀的目的。為重型特種車車架輕量化作出技術(shù)支持。

3.3 車架結(jié)構(gòu)以及重量優(yōu)化

為了保證重型特種車車架具有更好的輕量化措施，需要對其車架組成結(jié)構(gòu)以及重量進(jìn)行優(yōu)化。同時使用最新的設(shè)計理念和最科學(xué)的技術(shù)工藝來進(jìn)行車架設(shè)計。提高重型特種車車架設(shè)計和合理性。并且在未來重型特種車車架設(shè)計制造過程中，要積極發(fā)現(xiàn)新的制造材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計。降低車架重量，提高車架的強度和剛性。保證達(dá)到車架輕量化的目的。

4 結(jié)束語

綜上所述，我國目前重型特種車的使用率非常高。而且大部分都是用在道路環(huán)境或者自然環(huán)境較為復(fù)雜的位置。所以在重型特種車性能方面，要求其具有較好的靈活性。這就要求重型特種車車架要進(jìn)行輕量化處理，而且還要保證其具有較好的輕度和剛度。本文通過使用有限元法對重型特種車的車架強度和剛度問題進(jìn)行研究分析，討論了其輕量化問題措施。主要是在車架結(jié)構(gòu)、截面尺寸以及車架形狀上要進(jìn)行優(yōu)化處理。保證重型特種車有更好的使用性能?？梢詣偃螑毫迎h(huán)境的工作。為我國工業(yè)技術(shù)的發(fā)展作出技術(shù)支持。