重型特種車車架強(qiáng)度分析及其輕量化問題研究

鞠冬梅

摘 要：市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的深入改革，對(duì)重型特種車組成結(jié)構(gòu)合理性及功能特性可靠性提出了更高的要求，需要技術(shù)人員具體的生產(chǎn)制造中加強(qiáng)對(duì)重型特種車各結(jié)構(gòu)抗壓性的綜合評(píng)估，優(yōu)化其長(zhǎng)期使用中的服務(wù)功能。結(jié)合當(dāng)前這種車的實(shí)際應(yīng)用概況，可知其車架強(qiáng)度高低影響著實(shí)際的工作效率，需要采取必要的技術(shù)措施提高增強(qiáng)車架性能可靠性?；诖耍疚膶?duì)重型特種車車架強(qiáng)度進(jìn)行必要地分析，并從不同的方面研究其輕量化問題。

關(guān)鍵詞：重型特種車；車架強(qiáng)度；輕量化問題；服務(wù)功能

加強(qiáng)重型特種車車架強(qiáng)度分析，采取必要的措施處理其輕量化問題，有利于優(yōu)化該特種車車架推廣使用中的工作性能，保持重型特種車實(shí)際工作的高效性，延長(zhǎng)其使用壽命。因此，需要運(yùn)用科學(xué)的分析方法，對(duì)重型特種車車架強(qiáng)度進(jìn)行深入地分析，靈活運(yùn)用各種技術(shù)措施提高其車架強(qiáng)度，最大限度地滿足實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)的各種需求。同時(shí)，提高該特種車車架輕量化問題處理效率，將會(huì)提升車架實(shí)際應(yīng)用中的服務(wù)水平。

1 重型特種車車架實(shí)例分析

某重型特種車長(zhǎng)期使用中受到了各種客觀存在因素的影響，致使其整體的抗壓強(qiáng)度逐漸下降，致使車架的工作性能難以達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)的各種需求，降低了重型特種車工作性能。同時(shí)，由于該特種車車架過于沉重，實(shí)際應(yīng)用中存在著移動(dòng)困難的問題，影響了相關(guān)構(gòu)件的工作效率，需要采取可靠的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)車架輕量化。因此，需要對(duì)重型特種車車架強(qiáng)度進(jìn)行必要地分析，深入研究其輕量化問題。

2 重型特種車車架強(qiáng)度分析

2.1 有限元基本思想

有限元法使用時(shí)主要是將分析對(duì)象的整體結(jié)構(gòu)按照一定的方式劃分為多個(gè)有限元微小單元體，并通過節(jié)點(diǎn)將相鄰的單元進(jìn)行連接的方法。這些單元體共同組成的集合可替代原有的結(jié)構(gòu)實(shí)體，實(shí)現(xiàn)分析對(duì)象連續(xù)體的離散化。以節(jié)點(diǎn)基本未知數(shù)為分類標(biāo)準(zhǔn)，可將有限元方法分為應(yīng)力法、混合法及位移法。有限元法分析過程中的主要步驟包括：（1）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）注重各單元力學(xué)特性的有效分析；（4）對(duì)等效節(jié)點(diǎn)力進(jìn)行科學(xué)計(jì)算；（5）通過對(duì)所有單元?jiǎng)偠确匠痰脑O(shè)置，建立反映連續(xù)體結(jié)構(gòu)的平衡方程；（6）對(duì)單元應(yīng)力及未知節(jié)點(diǎn)位移進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。

2.2 車架強(qiáng)度有限元分析中板殼單元分析

由于重型特種車的很多構(gòu)件采用了薄壁梁，其厚度、截面尺寸遠(yuǎn)小于構(gòu)件長(zhǎng)度，因此可將車架各組成構(gòu)件看做多個(gè)板殼組合形成，利用板殼單元建立可靠的有限元計(jì)算模型，有效地分析車架強(qiáng)度。具體表現(xiàn)在：（1）板殼有限元分析中應(yīng)注重平板單元組成的折板系統(tǒng)的合理運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)車架各組成構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)分析，得出車架在不同應(yīng)力狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度分析結(jié)果；（2）直接采用曲面單元。通過對(duì)殼體理論的合理運(yùn)用，建立可靠的單元?jiǎng)偠染仃?，?shí)現(xiàn)對(duì)車架剛度的全面評(píng)估，對(duì)其中構(gòu)件接頭連接形式、復(fù)雜縱橫梁性能進(jìn)行深入分析，得出重型特種車車架剛度的實(shí)際狀況。某重型特種車拓?fù)鋬?yōu)化前后車架最大應(yīng)力如表1所示。

2.3 車架強(qiáng)度有限元分析中其它單元分析

結(jié)合重型特種車車架組成結(jié)構(gòu)，可知某些構(gòu)件的幾何形狀的特殊性限制了梁?jiǎn)卧M與板殼模擬，需要采取其它的方法進(jìn)行深入地分析。車架強(qiáng)度有限元分析中其它單元分析時(shí)需要從這些方面入手：（1）用梁?jiǎn)卧M軸進(jìn)行模擬分析，徑向力傳遞中可通過桿單元傳遞軸與軸承連接的方式進(jìn)行表示；（2）選取一定量的桿單元，充分考慮其平動(dòng)自由度，確保車架強(qiáng)度分析中模擬軸梁?jiǎn)卧軌虮磉_(dá)出自身的軸向自由轉(zhuǎn)動(dòng)形式，加強(qiáng)對(duì)這些量抗壓強(qiáng)度的深入分析，從而為車架強(qiáng)度分析提供必要的參考依據(jù)。

3 重型特種車車架輕量化問題研究

通過對(duì)車架剛度的有效分析，可知重型特種車車架輕量化問題的有效處理，可以實(shí)現(xiàn)車架改進(jìn)，將車架自重力控制在合理的范圍內(nèi)。因此，需要采取必要的措施處理車架輕量化問題，優(yōu)化車架的服務(wù)功能。

注重重型特種車車架輕量化問題研究，需要從這些方面入手：（1）優(yōu)化車架截面尺寸。通過對(duì)車架結(jié)構(gòu)尺寸的修改，設(shè)置合理的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化。但是，由于這種方法很難達(dá)到真正意義上的最優(yōu)設(shè)計(jì)，難以真正地達(dá)到車架輕量化問題處理要求；（2）優(yōu)化車架形狀。在車架形狀優(yōu)化的過程中需要對(duì)其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行必要地改善，提高各種材料利用率，促使車架輕量化問題能夠得到有效地解決。車架形狀優(yōu)化過程中需要考慮桿件類結(jié)構(gòu)與連續(xù)體結(jié)構(gòu)，采用分層優(yōu)化、統(tǒng)一混合法對(duì)桿件類結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸變量與形狀變量處理，結(jié)合解析法、數(shù)值法等結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法得以復(fù)雜結(jié)構(gòu)問題進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)車架形狀優(yōu)化，為車架輕量化問題處理提供必要的參考依據(jù)；（3）車架結(jié)構(gòu)及重量?jī)?yōu)化。為了實(shí)現(xiàn)重型特種車車架輕量化，需要注重車架組成結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性。與此同時(shí)，未來特種車車架輕量化問題研究中應(yīng)注重新型材料的積極尋找，通過對(duì)新型材料的有效使用，逐漸降低車輛重量，實(shí)現(xiàn)車架輕量化。

4 結(jié)束語

綜上所述，注重重型特種車車江強(qiáng)度的有效分析與嚴(yán)格把控，加強(qiáng)其輕量化問題處理，有利于增強(qiáng)車架的性能可靠性，優(yōu)化重型特種車的組成結(jié)構(gòu)，為其實(shí)際應(yīng)用范圍的擴(kuò)大打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，未來重型特種車車架設(shè)計(jì)與制造過程中應(yīng)充分地考慮其抗壓性能，運(yùn)用各種可靠的專業(yè)技術(shù)措施提高其整體的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)輕量化車架生產(chǎn)目標(biāo)。

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