基于Midas NFX的自卸車貨箱有限元分析及優(yōu)化

張永亮，黃偉東，馮強

（陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 寶雞 722405）

基于Midas NFX的自卸車貨箱有限元分析及優(yōu)化

張永亮，黃偉東，馮強

（陜西通力專用汽車有限責任公司，陜西 寶雞 722405）

文章以Midas NFX 2014軟件為工具，對通力公司自卸車貨箱進行了有限元分析，確定了貨箱的應力、形變分布情況；同時對貨箱結(jié)構(gòu)進行了拓撲優(yōu)化，并將優(yōu)化前后貨箱的應力、位移和質(zhì)量做了比較。結(jié)構(gòu)表明，優(yōu)化后的貨箱既滿足剛度和強度的要求，又最大程度的減輕了質(zhì)量，達到輕量化、降低成本的設計目的。

自卸車貨箱；Midas NFX；有限元分析；拓撲優(yōu)化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.11.018

CLC NO.: U469.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)11-56-03

引言

自卸車貨箱的設計受傳統(tǒng)思想影響，在材料使用方面只是一味的加厚和提高材料牌號來提高可靠性。這種方法設計的貨箱常常與底盤的使用壽命不相匹配，往往出現(xiàn)底盤已經(jīng)報廢，貨箱還完好的現(xiàn)象。另一方面，由于自重較大，導致車輛在整個生命周期內(nèi)使用成本現(xiàn)對較高。那么就是說，貨箱要滿足一定的強度和剛度，恰當?shù)膹姸取偠燃炔荒苓^剩造成各種資源的浪費，也不能不足導致故障頻頻。然這樣就對自卸車貨箱在設計中材料的分布使用情況提出了新的挑戰(zhàn)。本文利用有限元分析軟件Midas NFX對自卸車貨箱進行強度和剛度進行了分析，并對貨箱進行拓撲優(yōu)化，在保證使用的前提下，達到減小應力、節(jié)省材料、減輕重量、降低制造和使用成本的目的。

1、計算模型

1.1 基本假設

（1）模型零件的材料均勻且各項同性；

（2）零件所受到的載荷與施加的約束始終不變。

1.2 模型建立

利用3D軟件建模，本文以Solidworks軟件為例創(chuàng)建模型如圖1所示，保存為*.x_t格式文件。

1.3 導入，簡化模型

采用Midas NFX導入*.x_t格式模型、簡化模型，刪除<30mm的圓角和圓孔，如圖2所示。

1.4 定義特征、材料

用Midas NFX“特征”命令定義3D特征，用“材料”命令定義材料為Q235，彈性模量為 212000 MPa，泊松比為0.28，密度為7.86t/m3，屈服強度為235MPa。

1.5 網(wǎng)格劃分

用Midas NFX“網(wǎng)格”命令定義3D網(wǎng)格，大小設置為100，采用混合網(wǎng)格生成器。最終生成34066個節(jié)點和73921個單元。如圖3所示。

1.6 載荷邊界條件

約束條件：用Midas NFX“載荷邊界條件--邊界條件--約束--固定”命令定義約束，選擇底板兩縱梁底面為固定約束。如圖4所示。

載荷條件：自卸車主要用于礦石、煤炭、沙土、砂石等的運輸，期壓力值的大小與所載貨物的密度有關，而且與實際裝載狀態(tài)有關。計算采用最危險工況（即滿載狀態(tài)）進行分析，載荷近似為靜水壓力分布規(guī)律于整個貨箱內(nèi)壁面，可用一下公式計算（2）：

貨箱上邊沿的壓力為0MPa，因此壓力分布公式可以表示為：

x-加載點距底板的垂直距離；

h-貨箱上邊沿距底板的垂直距離，單位：mm。

2、計算結(jié)果分析

對貨箱組件進行靜力學分析，結(jié)果見表1.圖5和圖6分別為貨箱的位移和應力云圖。

最大位移 最大應力 質(zhì)量2.6mm 188MPa 3339.04Kg

由計算云圖可知，貨箱的最大應力值約為188MPa，最大應力出現(xiàn)在側(cè)板中部，但未超過Q235的需用應力值235MPa，滿足貨箱受壓力范圍。

3、拓撲優(yōu)化設計

在保證貨箱剛度和強度的情況下，為了提高貨箱的可靠性，節(jié)省材料，減輕貨箱重量且降低成本，對原設計的貨箱組件進行拓撲優(yōu)化。紅色部分應該保留的，而藍色部分應該考慮減少材料，對貨箱整體進行優(yōu)化，優(yōu)化后的模型如圖7所示。

對比優(yōu)化前后的模型進行計算分析，圖8和圖9分別為優(yōu)化后的貨箱組件的位移和應力云圖，優(yōu)化前后對比表見表2。

Dump truck compartment of the finite element analysis and optimization Based on Midas NFX

Zhang Yongliang, Huang Weidong, Feng Qiang ( Shaanxi Special Vehicle Co., Ltd, Shaanxi Baoji 722405）

This paper using Midas NFX 2014 software as the tool, on dump truck compartment of STL in finite element analysis was carried out to determine the support ,stress ,deformation distribution ;at the same time to support the topology optimization ,and the optimization before and after stress ,displacement and quality compare. The results show that,after optimized support not only meet the requirement of stiffness and strength of the compartment, and effectively reduce the quality, achieve the design of lightweight, reducing design cost.

dump truck compartment; Midas NFX; finite element analysis; topology optimization

U469.2

A

1671-7988(2015)11-56-03

張永亮，助理工程師，就職于陜西通力專用汽車有限責任公司。