基于AWE某半掛車車架疲勞壽命分析

趙軒

摘 要：采用UG軟件建立了三維模型，并應(yīng)用AWE軟件完成了該產(chǎn)品試驗(yàn)的疲勞分析，從仿真分析計(jì)算所得到的疲勞壽命云圖中，可直觀的判斷出車架的疲勞發(fā)生危險(xiǎn)區(qū)域，為其改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：AWE 車架 疲勞

中圖分類號：U463.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0094-01

Fatigue Life Analyzing of A Semi-trailer Skeleton Based on AWE

ZHAO xuan

（Liaoning Engineering Vocational College，Tieling 112000）

Abstract：The UG software was used to establish model and through AWE software analysis， From the cloud diagram of fatigue life generated by result of the fatigue simulation，we can directly and clearly determine the dangerous areas where the fatigue takes place，Therefore， these data can be used for the optinization design of skeleton to improve the quality.

Key words：AWE skeleton Fatigue

半掛車在高速行駛過程中承受路面激勵(lì)，車架在這些交變載荷作用下，會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞。這種疲勞破壞嚴(yán)重影響半掛車的整車性能，威脅駕駛員和乘車人員的生命安全。因此，每一種新車型在試制階段，必須進(jìn)行強(qiáng)度和可靠性實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的基于試驗(yàn)的疲勞強(qiáng)度分析，雖然比較直觀、準(zhǔn)確，但這種試驗(yàn)需要浪費(fèi)大量的人力和物力資源，不利于縮短開發(fā)周期和降低成本，這對于企業(yè)來說是非常不利的[1]。

1 建模

本文研究過程中采用現(xiàn)在專業(yè)的三維繪圖軟件UG對實(shí)體進(jìn)行建模，存儲(chǔ)為.X_T格式并導(dǎo)入到AWE中。國產(chǎn)半掛車的縱梁在選材上一般采用16 Mn，所以對其添加材料信息，力學(xué)參數(shù)為彈性模量206 Gpa，泊松比0.3[2]。然后應(yīng)用了尺寸控制方法和分網(wǎng)法控制對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分完成有限元模型的建立[3-4]。

2 循環(huán)載荷輸入及約束處理

根據(jù)文獻(xiàn)[5]中仿真數(shù)據(jù)，該文選用施加的疲勞載荷為三角正弦波，一次循環(huán)周期的應(yīng)力幅值變化是：下限載荷：70 KN，上限載荷：175 KN（動(dòng)載系數(shù)為2.5）。行駛速度為40 km/h，D級路面行駛狀態(tài)下平均30 s內(nèi)出現(xiàn)波峰為8次。考慮到車架運(yùn)行過程中的實(shí)際情況，計(jì)算前將牽引銷座處的平面確定為X，Y，Z方向的平移自由度確定為剛性約束，另外對X方向和Z方向旋轉(zhuǎn)向度施加剛性約束，而Y方向旋轉(zhuǎn)自由度未加約束；而將車架縱梁與懸架接觸的部位（共6個(gè)面接觸）Y，Z兩個(gè)方向的平移自由度確定為剛性約束，而在X方向平移自由度和約束面的其余三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度都未加約束[6]。

3 S—N曲線的選取

該文所研究車架為焊接式結(jié)構(gòu)，所有縱粱的腹板與翼板之間、縱粱與橫梁之間及中部的設(shè)備安裝座的聯(lián)結(jié)方式均為焊接式聯(lián)結(jié)。對于焊接結(jié)構(gòu)，疲勞失效多發(fā)生在焊接接頭處，故本文著重分析車架的焊縫處的疲勞壽命。焊接接頭的疲勞主要取決于焊接工藝與接頭形式，與焊接母材及焊縫材料沒有太大關(guān)系，因此在用名義應(yīng)力法對焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞評定時(shí)，主要采用針對具體接頭形式的焊接接頭S—N曲線。英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BSI）和英國能源部（UK Den）推薦了一組用于一般焊接節(jié)點(diǎn)的S—N曲線共有8條，稱之為B、C、D、E、F、F2、G、W曲線，分別代表了一類焊接構(gòu)件。

英國健康和安全委員會(huì)（HSC）在這些曲線的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步給出了新的設(shè)計(jì)S—N曲線。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合車架的焊接工藝與主要接頭的聯(lián)結(jié)方式，取S—N曲線為：

（1）

4 結(jié)語

因?yàn)檐嚰艿恼w疲勞壽命均在1e6以上，疲勞壽命最低點(diǎn)出現(xiàn)在鵝頭牽引座附近牽引銷板與主縱梁接觸部位的疲勞壽命最低，為8.974e5次循環(huán)，相應(yīng)的在40 km/h在D級路面上連續(xù)行駛里程為2.99e5 km。

參考文獻(xiàn)

[1] 章蕾.某特種半掛車車橋疲勞可靠性分析[D].南京：南京理工大學(xué)，2007：55-57.

[2] 劉學(xué)靜.應(yīng)力約束下半掛車車架的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[D].大連：大連理工大學(xué)，2006：41-42.

[3] 陳金玉，楊來俠.基于ANSYS Workbench手機(jī)外殼有限元網(wǎng)格劃分研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2008（1）：58-60.

[4] 李兵，何正嘉，陳雪峰.ANSYS Workbench[M].清華大學(xué)出版社，2008：92-95.

[5] 韓魯明.基于CAE技術(shù)的某半掛車車架疲勞壽命預(yù)古研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2007：44-58.

[6] 王衛(wèi)清.半掛車主縱梁強(qiáng)度分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2006：25-27.endprint