基于HyperMesh的混凝土攪拌運輸車罐體輕量化分析

王闖

摘要：采用有限元分析軟件HyperMesh，以某混凝土攪拌運輸車罐體為研究對象，建立了該罐體的有限元分析模型，分析了不同壁厚的罐體在滿載靜止工況下的應力位移。為后續罐體的輕量化設計提供依據。

關鍵詞：混凝土攪拌運輸車;罐體;有限元分析;輕量化

0 ?引言

混凝土攪拌運輸車是一種長距離運輸混凝土的專用車輛，具有運輸和攪拌的雙重功能[1]。攪拌車主要由罐體、副車架、進出料裝置、操縱機構、液電系統等組成。罐體是攪拌車的核心部件，其性能的優劣對整車性能影響較大[2]。輕量化也將成為未來的發展趨勢。因此，本文對不同壁厚的罐體進行靜力學分析，得出相應的應力位移結果及變化趨勢。同時測量市場上行駛里程十萬公里以上的攪拌車罐體壁厚，記錄罐體磨損數據。

1 ?罐體有限元分析

1.1 罐體模型的建立

對罐體建模并抽取中面，導入HyperMesh軟件中進行網格劃分，如圖1所示。

1.2 網格劃分

罐體與葉片采用殼單元，法蘭、滾道和托輪采用實體單元。進行網格劃分，檢查網格質量，處理網格質量不好的單元[3]。檢查網格連續性，保證應力能夠連續傳遞。

1.3 材料及屬性

網格劃分完成后，添加板厚及材料屬性。材料的彈性模量為2.1e+05MPa，泊松比為0.3，密度為7.85e-09t/mm3。

1.4 載荷及邊界條件

1.4.1 約束

根據罐體的工作狀態，將滾道與托輪建立接觸對，約束法蘭盤XYZ方向的移動自由度，約束托輪YZ方向的移動自由度和XY方向的旋轉自由度。

1.4.2 載荷

罐體在滿載工況下的載荷包括自重及混凝土對罐體內壁的壓力。

1.5 有限元分析結果

計算得到不同壁厚下罐體的位移云圖，如圖2所示。

計算得到不同壁厚下罐體的應力云圖，如圖3所示。

不同壁厚的罐體最大應力及最大位移，如表1所示。

罐體最大應力和最大位移的變化趨勢，如表2所示。

2 ?實測罐體磨損量

對市場上十輛行駛里程達10萬公里的攪拌車罐體壁厚測量（測量多點，取平均值），記錄磨損量，如表3所示。車輛行駛10萬公里時，罐體壁的最大磨損量為0.8mm。

3 ?罐體輕量化可行性分析

若罐體壁厚為6mm，當工作里程達10萬公里時，最大磨損量為0.8mm，罐體壁厚約5mm，罐體滿載時最大應力減小1.55%，最大位移增加7.53%。因此，該結果可作為罐體輕量化可行性判斷的依據。

4 ?結語

本文利用HyperMesh有限元分析軟件，計算了攪拌車在滿載靜止工況下不同壁厚罐體的應力及位移情況，得出罐體輕量化后應力及位移的變化趨勢。同時對行駛里程達10萬公里的攪拌車罐體磨損量測量記錄。通過理論計算數據和實際測量數據分析，為后續的罐體輕量化設計提供參考。

參考文獻：

[1]李庭庭，曹京賓.基于Workbench的砼攪拌車罐體有限元分析[J].機械工程與自動化，2016（1）：98-102.

[2]周振平，孫武和，趙二飛，等.混凝土機械構造與使用維護[M].北京：化學工業出版社，2013.

[3]李楚琳，等.HyperWorks分析應用實例[M].北京：機械工業出版社，2008.