基于HyperWorks的四種牽引車型鞍座連接方式的車架強(qiáng)度研究

蘇曉春，李文濤，郭斌，朱明明，楊忱

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

基于HyperWorks的四種牽引車型鞍座連接方式的車架強(qiáng)度研究

蘇曉春，李文濤，郭斌，朱明明，楊忱

（陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710200）

文章運(yùn)用 HyperWorks有限元分析方法，通過(guò)對(duì)四種牽引車型車架鞍座連接板連接方式建立分析模型，分別在靜態(tài)垂向、轉(zhuǎn)彎、扭轉(zhuǎn)和制動(dòng)四種工況下進(jìn)行虛擬仿真計(jì)算，得到車架總成在各種方案下的受力情況，為車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

車架；HyperWorks；強(qiáng)度分析；有限元法

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.013

CLC NO.: U463.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-36-03

引言

近幾年，隨著國(guó)內(nèi)高速物流的飛速發(fā)展，牽引車型在重型車中所占的比重越來(lái)越大，同時(shí)，鞍座與車架的連接方式也出現(xiàn)多種方案，各種方案對(duì)車架強(qiáng)度的影響各不相同。本文采用CatiaV5建立模型，通過(guò)HyperWorks進(jìn)行虛擬仿真計(jì)算，利用分析結(jié)果驗(yàn)證各種連接方案對(duì)車架強(qiáng)度的影響，對(duì)后續(xù)的車架設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1、車架的幾何模型及有限元模型

本文以某款6×2牽引車型車架為研究對(duì)象，該車架為邊梁式螺栓連接車架，兩側(cè)為 8mm厚鋼板沖壓式縱梁與鑄造前伸梁結(jié)構(gòu)，中間為沖壓式橫梁總成，建立如下圖1所示4種連接方案：

將車架運(yùn)用Catia V5進(jìn)行實(shí)體建模，為避免零部件出現(xiàn)幾何缺陷及數(shù)據(jù)丟失，將數(shù)模轉(zhuǎn)換為 STP格式，直接導(dǎo)入HyperMesh中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

建立車架有限元分析模型時(shí)，鈑金件用殼單元模擬，單元平均尺寸 10mm，以四邊形為主；鑄造件用四面體單元模擬，單元平均尺寸5m；前軸、后橋簡(jiǎn)化為beam梁?jiǎn)卧Ｍㄟ^(guò)HyperMesh前處理，共劃分單元數(shù)量2169497，結(jié)點(diǎn)數(shù)量3651788，有限元模型如圖2。

2、車架強(qiáng)度分析

根據(jù)牽引車車架受力特點(diǎn)，將掛車負(fù)載加載在鞍座上，在車架上安裝的各部件按照實(shí)際安裝位置確定，在幾何重心位置模擬質(zhì)心位置。各材料的屬性如下表1所示。

表1

在進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，需要在各車橋端對(duì)限元分析模型進(jìn)行約束，1、2、3、4、5、6六個(gè)阿拉伯?dāng)?shù)字分別代表約束X方向平動(dòng)、Y方向平動(dòng)、Z方向平動(dòng)、X方向轉(zhuǎn)動(dòng)、Y方向轉(zhuǎn)動(dòng)，Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

用HyperMesh進(jìn)行前處理，將車架的工況按照如表2所示四種工況邊界條件進(jìn)行限定。通過(guò)求解器 Radioss進(jìn)行計(jì)算，采用HyperView進(jìn)行分析判斷。

表2

2.1靜態(tài)垂向工況

在靜態(tài)垂向工況下，對(duì)分析模型左前輪約束1、3，右前輪約束1、2、3，左后輪約束3，右后輪約束2、3，施加垂向加速度2.5g。在該工況下，車架總成受力情況如圖3所示。

2.2轉(zhuǎn)彎工況

在轉(zhuǎn)彎工況分析下，對(duì)分析模型左前輪約束1、3，右前輪約束1、3，左后輪約束3，右后輪約束3。施加垂向加速度1g，橫向加速度0.6g。該工況下，車架總成受力情況如下圖4所示。

2.3扭轉(zhuǎn)工況

在扭轉(zhuǎn)工況下，左前輪約束3，強(qiáng)制位移200mm，右前輪約束1、2、3，左后輪約束2、3，右后輪約束3，強(qiáng)制位移 200mm，施加垂向加速度 1g。在該工況下，車架總成受力情況如下圖所示。

2.4制動(dòng)工況

在制動(dòng)工況下，左前輪約束1、3，右前輪約束1、2、3，左后輪約束1、3，右后輪約束1、2、3，施加垂向加速度1g，縱向加速度0.5g。在該工況下，車架總成受力情況如下圖所示。

3、結(jié)論

根據(jù)以上車架強(qiáng)度分析計(jì)算結(jié)果，各工況下車架總成的最小安全系數(shù)見(jiàn)表3。

表3

從上表可以看出，方案四車架總成安全系數(shù)最高，車架強(qiáng)度較好。但是，在轉(zhuǎn)彎工況下，各方案強(qiáng)度均不足，需要更改設(shè)計(jì)方案、優(yōu)化結(jié)構(gòu)，使車架強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

[1] 陳家瑞,汽車構(gòu)造（下冊(cè)）[M].機(jī)械工業(yè)出版社, 2001.

[2] 高衛(wèi)民,王宏雁.汽車結(jié)構(gòu)分析有限元法[J].汽車研究與開發(fā), 2000.

[3] 陳啟亮,王朋波等.Hypermorph工具在某型卡車車架扭轉(zhuǎn)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[C].長(zhǎng)安汽車北京研究院，2011.

[4] 汪偉,辛勇.車架有限元建模及模態(tài)分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2009.

Four methods strength discuss of tractor frame to saddle based on HyperWorks

Su Xiaochun, Li Wentao, Guo Bin, Zhu Mingming, Yang Chen
( Shaanxi Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200 )

In the thesis,four kinds of model of tractor frame connected to saddle is created based on HyperWorks for strength discuss.Conditions of the frame in static,turning, torsion and braking is defined.The result of strength discuss promote the frame design.

Tractor frame; HyperWorks; Strength analysis; Finite element method

U463.9

A

1671-7988（2015）09-36-03

蘇曉春，就職于陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司。