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基于HyperMesh和RADIOSS的矿用自卸车高强度车箱有限元分析 |
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作者:梁江波 吕景春 邵林 |
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摘要:本文介绍了矿用自卸车高强度车箱结构设计特点,利用通用有限元分析软件HyperMesh9.0,建立了高强度大箱的有限元模型。在此基础之上,对矿用自卸车高强度大箱在静载工况和举升工况进行了静强度分析,并进一步得出了大箱总成、U型结构、前板总成、侧板总成、后板总成、底板总成的应力分布云图。为了更加接近实际大箱的受力状况,对U型大箱施加静水压力线形变化压强,取动载系数为1.5。大箱和副车架之间采用GAP接触单元。得到了比较理想的分析结果,初步验证了设计的合理性。
关键词:高强度车箱;HyperMesh9.0;有限元模型;静载工况;举升工况;动载系数;应力分布;
0 引言
一般汽车质量每减轻10%,燃油消耗可降低6%-8%。对总质量受限制的商用汽车来说,减轻整备质量意味着可以提高装载质量,即增加了装载质量利用系数。这对于提高运输效率,降低运输成本极有帮助,相对来说也是降低了燃油费用。
与普通钢材相比,高强度钢材料应用上存在弹性模量高、刚性好、耐磨性强、耐冲击性好及较高的疲劳强度等优势,为结构上优化设计提供了强有力的支持。
矿用自卸车道路状况一般比较差,工作条件相对比较恶劣。自卸车箱损坏的程度比较严重,使用寿命比较短,针对这种的状况,减轻自重,提高矿用自卸车承载能力就显得尤为重要[1]。
1 矿用自卸车高强度车箱结构设计特点
(1)车箱主体采用当前欧洲流行U型自卸车箱结构。其主要特点:
自重轻、载重大,能装载更多的有效载荷,间接的提高了装载效率;降低油耗,为用户创造更大效益;重心低、稳定性好,举升时货物更易居中,角部不粘余料、便于卸货;整体式承载,没有或只有很少的加强筋,焊接量小;使用寿命长;外观设计较为现代化,外表面有大的平面,便于粘贴广告或其他图案。
(2)该车箱内尺寸为(mm):5400×2260×1350。该尺寸车所对应自卸车型为公司自卸车非主流车型,且其底盘较为成熟,比较适合新车箱的投放和推广。
(3)该车箱由于采用高强度钢板,延长了车箱的使用寿命,减少维修频次;和相同强度普通车箱相比,质量降低30.5%,因此可降低燃油消耗0.4L/100km(根据国外试验数据表明:整车重量每降低10%,可降低油耗8%左右);成本低,和相同强度普通车箱相比,成本降低了12.77%;车箱重心低,和普通自卸车箱相比,重心高度降低约100mm。
(4)矿用自卸车箱尾端采用75°斜角。可以有效防止装载货物散落,保证后板紧扣箱体;车箱后门采用“联动式大开度后门开启机构”,车箱举升时后门开启角度大,有利于大块货物顺利卸料。
2 矿用自卸车大箱有限元模型的建立
在HyperMesh9.0中,选择RADIOSS(Bulk Data)模板,后面的翻转轴套采用三维的六面体单元类型,前面的油箱支架和后面的翻转轴座采用三维的四面体单元类型,大箱的前板总成、侧板总成、后板总成、底板总成和副车架主要件均采用二维壳单元,通过对其进行抽取几何中面的方法,进一步分别对其进行二维网格的划分,U型箱采用单元尺寸50mm,其他部分采用单元尺寸10mm,完成后大箱的有限元模型如图1所示,模型的网格节点数为367948,单元数为393976。大箱上的各部件,根据具体的焊接关系,采用RBE2进行刚性连接模拟,大箱和副车架之间施加接触,采用1D里面Gap单元。3 材料属性
矿用自卸车大箱有限元模型所对应的材料属性如表1所示。4 静载工况大箱约束和载荷的施加
在副车架上约束自由度1,2,3,4,5,6(1-X方向的平动自由度;2-Y方向的平动自由度;3-Z方向的平动自由度;4-X方向的转动自由度;5-Y方向的转动自由度;6-Z方向的转动自由度),如图2所示。除此之外,考虑大箱实际装载的货物较重,取装载物为石沙,密度为1.8×10t/mm ,动载系数为1.5,对U型大箱施加静水压力线形变化压强,折合载重量:5.4(大箱长)×2.26(宽)×1.35(高)×1.8(砂石密度)×1.5(动载系数,即1.5倍重力加速度)=44.48t,如图3所示。5 大箱计算结果分析
如图5至图16为大箱静载工况和举升工况应力计算结果分布云图,分别为静水压力线形变化压强下大箱应力结果、U型结构应力结果、前板总成应力结果、侧板总成应力结果、后板总成应力结果、底板总成应力结果。从分析结果可以看出,静载工况和举升工况下,自卸车大箱应力左右对称分布,各分总成最大应力值都未超出材料的屈服极限,满足强度要求。经过分析,矿用自卸车大箱满足强度设计要求。7 结束语
文章针对目前矿用自卸车存在的具体问题,介绍了矿用自卸车高强度车箱结构设计特点,采用HyperMesh9.0和RADIOSS,建立了矿用自卸车高强度大箱的有限元模型,对矿用自卸车高强度大箱在静载工况和举升工况进行了静强度分析,并进一步得出了大箱、U型结构、前板总成、侧板总成、后板总成、底板总成的应力分布云图。为了更加接近实际大箱的受力状况,对U型大箱施加静水压力线形变化压强,取动载系数为1.5,大箱和副车架之间采用GAP接触单元,得到了比较理想的分析结果,初步验证了设计的合理性。
8 参考文献
[1] 冯晋祥.专用汽车设计[M].第一版.北京:人民交通出版社,2007.
[2] 周岁华,史洪波.瑞典DOMEX700MC高强度热轧钢板的性能分析.汽车工艺与材料,2003.
[3] 李楚琳.HyperWorks分析应用实例.机械工业出版设,2008.
[4] 敖炳秋.轻量化汽车材料技术的最新动态[J].汽车工艺与材料,2002.
[5] 伍浩明.一种自卸车货箱轻量化方案的可行性探讨.专用汽车,2008.(end)
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(3/7/2013) |
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