重型特種車車架強度分析及其輕量化問題研究

呂帥 竇娟

摘 要 我國自改革開放以來，科學技術不斷發展，各個領域都取得了優異的成績。在汽車制造業，重型特種車車架強度一直備受關注。重型特種車制造企業也都在將這項問題作為技術研發的核心內容。結合現階段我國特種車使用情況以及實際需求，對重型特種車車架強度與輕量化問題進行研究分析。

關鍵詞 重型特種車;車架強度;輕量化

提高重型特種車車架強度，必須要使用一定的輕量化措施。這樣有利于重型特種車車架具有更好的使用效果。保證重型特種車在使用過程中可以有更長的使用壽命。所以需要經過科學的研究分析，找到有效的辦法。對重型特種車的車架強度和輕量化之間的關系進行平衡。靈活的使用工藝技術，可以最大程度的滿足生產與使用方面的需求。除此之外，重型特種車要提高其輕量化問題的處理效率，提高車架實際使用過程中的服務水平。

1特種車車架實例分析

重型特種車在實際使用過程中會受到多方面客觀因素的影響，導致車架的整體抗壓強度減弱，最終使得重型特種車的實際使用效果難以滿足生產作業的需求，降低了其工作性能;并且，因為重型特種車車架過于沉重;在實際使用的過程中會存在移動緩慢、對路面情況要求高等問題，影響了工作效率，所以在重型特種車車架方面，要采取必要的輕量化措施，使其具有更高的使用性能。但是不能以犧牲車架強度為代價，掌握好車架強度與輕量化之間的關系。

2重型特種車車架強度分析

2.1 有限元基本思想

有限元法使用過程中主要是把分析目標的整體結構通過一定的方式分成多個有限元微小單元體。然后通過節點將相鄰的單元相互連接的方法。這些單元體連接集合可以代替原有的結構實體。達到分析目標連續體的離散化。以節點基本未知數為分類原則。有限元法包括混合法和位移法。在分析過程中，其步驟為：

（1）對目標的整體結構進行離散化處理;

（2）選擇可靠的位移模式;

（3）對各個單元力學性能進行重點分析;

（4）對等效節點力進行科學分析;

（5）將所有的單元剛度方程進行設置，建立出可以反映連續體結構的平衡方程;

（6）對單元應力以及未知節點位移進行計算。

2.2 車架強度有限元分析中板殼單元分析

因為重型特種車很多結構部件使用了薄壁梁，這種材料的厚度和截面尺寸都小于部件長度，所以可以將車架的各個組成部分看成是多個板殼組合而成。利用板殼單元建立出科學的有限元計算模型，精確的計算、分析出車架強度。主要過程為：

（1）在板殼有限元的分析過程中， 要注意平板單元組成的折板系統，并且將其科學的使用在分析車架各個組成部件的應力狀態的過程中。找到重型特種車車架在不同的應力狀態下其抗壓強度的分析結果。

（2）直接建立出曲面單元。通過對殼體理論的分析使用。建立出科學的單元剛度矩陣，達到對車架剛度進行全面評估的目的。并且對其組成部件之間的接頭連接方式和復雜縱橫梁性能進行重點討論。最終可以得到重型特種車車架剛度的實際信息。

2.3 車架強度有限元分析中其他單元分析

整合重型特種車車架結構分析研究可知，一些部件的幾何形狀特性限制了梁單元模擬和板殼模擬，這就需要使用其他科學的方法進行深入研究。車架強度的有限元分析中，其他單元分析的過程中主要過程為：

（1）用梁單元模擬軸進行模擬分析。徑向力傳遞過程中可以通過桿單元傳遞軸和軸承之間的連接方式進行表示。

（2）要選擇部分桿單元，對其平衡自由度進行分析研究，保證重型特種車的車架強度研究時可以模擬軸梁單元，并且可以展現出自身的軸向自由轉動形式同時將這個問題作為重點研究內容。為重型特種車車架強度研究分析做出必要的參考。

3重型特種車車架輕量化問題研究

通過對重型特種車車架的強度和剛度進行科學的研究分析。可知重型特種車車架輕量化問題處理的有效方式。達到完善車架結構和性能的目的。把重型特種車車架自重力控制在合理的范圍之內。所以需要采取科學的措施來對重型特種車車架進行輕量化處理。提高車架的性能。

在重型特種車車架輕量化問題研究過程中。要對多方面因素進行綜合性分析。主要是以下幾個方面：

3.1 優化車架截面尺寸

在研究重型特種車車架輕量化問題過程中，首先要對車架結構的尺寸進行分析。設計合理的車架結構尺寸參數。可以達到優化結構的目的。但是只依靠調整車架截面尺寸很難達到真正意義上的輕量化優化設計。所以截面尺寸優化只能作為一項輔助技術。

3.2 優化車架形狀

在重型特種車車架形狀優化的過程中，需要對車架的結構形式進行必要的技術處理。提高車架各種材料的使用率。保證車架輕量化問題可以有效解決。車架形狀的優化過程中，主要是通過分析桿類結構連接結構來達到優化的目的。使用分層優化、統一混合法對桿類結構進行尺寸修改和形狀處理。結合分析法和數值法等結構優化方法將優化過程中的復雜問題進行解決。從而達到優化車架形狀的目的。為重型特種車車架輕量化作出技術支持。

3.3 車架結構以及重量優化

為了保證重型特種車車架具有更好的輕量化措施，需要對其車架組成結構以及重量進行優化。同時使用最新的設計理念和最科學的技術工藝來進行車架設計。提高重型特種車車架設計和合理性。并且在未來重型特種車車架設計制造過程中，要積極發現新的制造材料和結構設計。降低車架重量，提高車架的強度和剛性。保證達到車架輕量化的目的。

4結束語

綜上所述，我國目前重型特種車的使用率非常高。而且大部分都是用在道路環境或者自然環境較為復雜的位置。所以在重型特種車性能方面，要求其具有較好的靈活性。這就要求重型特種車車架要進行輕量化處理，而且還要保證其具有較好的輕度和剛度。本文通過使用有限元法對重型特種車的車架強度和剛度問題進行研究分析，討論了其輕量化問題措施。主要是在車架結構、截面尺寸以及車架形狀上要進行優化處理。保證重型特種車有更好的使用性能。可以勝任惡劣環境的工作。為我國工業技術的發展作出技術支持。

參考文獻

[1] 宋夫杰，程曉東，陳貫祥，劉大維.無副車架的渣土自卸汽車車架結構強度有限元分析[J].青島大學學報（工程技術版），2020，35（1）：72-77.

[2] 戰立超，付媛媛，李國輝，楊大春.基于標準載荷工況與高頻振動工況的高速動車組轉向架構架疲勞強度對比分析[J].城市軌道交通研究，2020，23（2）：133-136.

[3] 張桂林，孫海波，單連旭，等.基于PSO車架強度分析與計算[C]// 2019中國汽車工程學會年會論文集（2）.2019.