散装水泥半挂运输车车架建模及有限元分析

河 北 工 业 大 学毕业设计说明书(论文)作 者： 孙亚星 学 号： 100301 学 院： 机械工程学院 系( 专业 )： 车辆工程 题 目： 散装水泥半挂运输车车架建模 及有限元分析 指导者： 王金刚 教授 (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务)2014 年 6 月 6 日河北工业大学 2014 届本科毕业设计说明书(论文)1毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要散装水泥半挂运输车车架建模及有限元分析摘要：近些年来，中国的基础设施不断完善，高速公路和干线公路网的形成使得公路运输逐渐成为我国客货运输的基本方式。中国经济蓬勃发展，尤其是房地产行业膨胀式发展，对水泥产生了大量的需求，散装水泥半挂运输车在这种背景下扮演着越来越重要的角色的同时，对运输车提出了更高的要求。计算机的普及和UG, hypermesh 相关软件的应用为这种功能的实现提供了可能。首先,利用 UG 建立了散装水泥半挂运输车车的三维模型，该模型满足了设计的所有参数要求。然后再利用 hypermesh 对所导入的模型进行有限元分析并求解静态完全均布载荷下的弯曲或者扭转工况下的应力应变，结果表明该车具有足够的强度和刚度。关键词： 半挂运输车 UG 建模 hypermesh 有限元分析 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 外 文 摘 要Title Bulk cement semi-trailer truck frame modeling and finite element analysis AbstractChinas infrastructure have a great improvement in recent years, especially in the formation of freeway and arterial highway network, which makes the road transportation has gradually become the basic mode of passenger and cargo transportation in our country. Chinas economy is becoming hoter, especially the real estate industry development, makes a lot of demand. Under this background the cement bulk cement and transport vehicle plays a more and more important role, which also puts forward higher requirements on transport vehicle. The popularity of computer and UG, hypermesh software applications for the realization of the function of this provide the possibility.First of all, bulk cement semi-trailer truck car was established based on UG three-dimensional model and all the parameters of the model meet the designed requirements. Hypermesh can be applied to analyze the imported model under statically uniformly distributed load of bending or torsion conditions of stress and strain by finite element analysis .The result prove the vehicle, which has enough strength and stiffness.Keywords： The semi-trailer truck UG model hypermesh finite element analysis河北工业大学 2014 届本科毕业设计说明书2目录一 绪论 .- 1 -1.1 本课题产生的时代背景 .- 1 -1.1.1 我国公路与汽车发展的概况 .- 1 -1.1.2 我国水泥市场的发展与竞争 .- 2 -1.1.3 我国水泥车市场的困境 .- 3 -1.2 半挂运输车在国内外的发展状况 .- 4 -1.3 汽车与计算机技术的结合 .- 5 -1.3.1 计算机软硬件的发展 .- 5 -1.3.2 现代汽车发展要求 .- 5 -二、散装水泥半挂运输车 .- 6 -2.1 散装水泥半挂车的基本介绍 .- 6 -2.1.1 半挂车的基本结构 .- 6 -2.1.2 半挂车的分类 .- 6 -2.1.3 散装水泥半挂运输车的工作原理 .- 8 -2.2 半挂车车架 .- 8 -2,2.1 车架的基本构成 .- 8 -2.2.2 有限元发展在车架方面的应用 .- 8 -三、散装水泥半挂运输车车架的建模 .- 9 -3.1 UG 软件的介绍 .- 9 -3.1.1 UG 软件的发展及在我国的应用 .- 9 -3.1.2 UG 软件基本功能的介绍 .- 10 -3.2 车架建模 .- 11 -3.2.1 车架零部件三维模型 .- 11 -3.2.2 UG 建模过程中的问题及解决方案 .- 15 -3.2.3 车架总体建模展示 .- 16 -3.2.4 组装过程遇到的问题及解决方案 .- 17 -四. 散装水泥半挂运输车车架有限元分析 .- 18 -4.1 有限元方法简介 .- 18 -4.1.1 有限元分析的基本思想 .- 18 -4.1.2 有限元分析的基本步骤 .- 18 -4.1.3 有限元分析的优点 .- 19 -4.2 有限元分析软件 HYPERMESH简介 .- 20 -4.2.1 hypermesh 介绍 .- 20 -4.2.2 hypermesh 的优势 .- 20 -4.2.3 本次毕设所涉及的内容 .- 21 -4.3 散装水泥半挂运输车车架的有限元模型建立 .- 22 -4.3.1 静态完全均布载荷静态弯曲工况 .- 22 -河北工业大学 2014 届本科毕业设计说明书34.3.2 静态完全均布载荷静态扭转工况 .- 24 -结 论 .- 27 -参 考 文 献 .- 28 -致 谢 .- 30 -河北工业大学 2014 届本科毕业设计说明书- 1 -一 绪论1.1 本课题产生的时代背景1.1.1 我国公路与汽车发展的概况改革开放后尤其是近 10 多年来，我国经济继续保持着良好发展的态势，国内的各项基础设施也在不断地完善，交通运输业也取得了长足的发展。到 2012 年末,我国的公路里总数与公路密度的情况与发展可参考下图: 我国公路业的多年的长足发展，使得我过得干线公路和高速公路网基本形成。另一方面我国已经成为第一生产大国，截止到 2013 年，我国汽车保有量将近 1.37亿辆 ，从 2003 年至 2013 年这 10 年期间，我国汽车行业迅速发展，保有量也大幅增加，从 2003 年的 2400 万辆增长到 2013 年的 1.37 亿辆，年均增加大约达到 1100万辆，这 10 年间汽车数量增加了 4.7 倍。增加的车辆必然导致公路上汽车流量的增大，反过来这也是一种重要的参考。我国国道和高速公路日均交通量和发展趋势请参看下图： 图 1-1 2008-2012 年我国公路总里数与公路密度的发展河北工业大学 2014 届本科毕业设计说明书- 2 -这些因素都促进了公路运输的发展，使公路运输真正起到综合运输的基础性作用、协同作用和使得全国形成一个比较完整的大动脉。交通运输具有适应性强，直达运输等优点时期逐渐成为主要的运输方式，尤其是中短途和边远山区的运输。1.1.2 我国水泥市场的发展与竞争我国房地产的火爆，基础建设桥梁，道路等各方面都促进了对水泥的需求，早在 2001 年，中国水泥不仅在产量和而且在消费量都达到了世界第一，在世界占到34%，在亚洲更是超过了一半达到了 57%。当时我国水泥年产具体为 7.1 亿吨，是世界名副其实第一水泥大国。这种趋势并没有停止，在 2012 年时水泥产量更是达到221000 万吨，产量接近全球的 60%，我国水泥产量大的同时依然保持着较快的增长，图 1-3 为 2013 年相比于 2012 年的增长： 2013 年全国的经济陷入低迷，但是水泥行业的增长率仍能达到 9.6%的增长率是十分不容易的，水泥行业的前景还是十分乐观的。庞大的水泥量必然需要运送，这就为水泥车的设计和运输提供了需要和更高的要求。图 1-2 2008-2012 年国道和高速公路的日平均交通量河北工业大学 2014 届本科毕业设计说明书- 3 -1.1.3 我国水泥车市场的困境我们必须清楚的是,尽管市场需求量不断增长,但是市场竞争也变的越来越激烈。水泥市场的高利润，促使了对水泥车的需求，外加上这种运输车所需的技术不多，使得企业的进入相对比较容易，只要有一定的资本，就可以进入，因此生产厂家众多,良莠不齐，一些小厂的年产量一般在 200 台以下,这么多的生产企业是导致散装水泥运输车行业竞争激烈的直接原因。众多企业抢夺利润，必然会导致零和竞争，引起企业大打价格战，微薄的利润必然使企业无力投入研发，不利于企业产品质量的提高，长期以往,对我国散装水泥运输车行业发展极为不利,，如果想要健康持续发展，必须扭转这一局面。散装水泥运输车行业内多数企业没有真正意义上的知识产权,新产品开发的种类各厂家基本雷同或者参考国外国产散装水泥运输车在技术和工艺上与发达国家的相比仍存在不不小的差距。尽管从目前的数据来看,国内的散装水泥运输车市场是依然走高,出现的这些问题可能对企业的利润影响不大,但是利润总会慢慢减少,要想真正提高企业的核心竞争力,在众多的企业中脱颖而出，企业必须在质量上下功夫，反之,则很可能像国产手机市场那样大打价格战,最终整个行业陷人困境。这种局势也为我们的研发提供了需求和要求。图 1-3 2013 年我国水泥日均产量及同比增速河北工业大学 2014 届本科毕业设计说明书- 4 -1.2 半挂运输车在国内外的发展状况近几年，半挂车市场十分火爆，火热的市场更是催生了许多半挂车生产企业，这也造成了目前半挂车企业良莠不齐。根据有关数据，截止到 2007 年，我国半挂车的产量达到 11 万 7 137 辆，比往期增长 31.8%，可以说半挂车运输是今后道路运输的发展趋势之一，市场前景非常看好 1。汽车运输得到了快速发展，其中汽车运输主要朝着散装和集装箱运输的方向发展，散装物料运输，就是在粉末状等物质的运输过程中，不再采用其它的包装措施，而在专用散装运输车中散装水泥运输车得到广泛的应用。与此同时我国正处于城镇化的剧烈变迁中，各方面的建设都离不开对水泥的需求，散装水泥半挂运输车是装载量大、运输效益高、市场需求量大的专用汽车品种之一，可以完成对散装水泥的长途运输任务。随着科学技术的日新月异, 制造业在具体机械上是数字的智能的，在生产销售商是网络的全球的, 产品生产周期逐渐变短的同时, 新产品也更快的走向了市场 , 机械设计与机械制造的效率对产品的开发效率也就起着决定性的影响 21。由于专用汽车可提高运输的效率和经济性，发达国家专用汽车的保有量已占运输车的 70-80%，欧洲甚至有人提出过“为减轻 1 g 自质量而努力”的口号，随着国内用户理念的不断走向成熟，用户的买车意向也逐渐发生了变化，由以前的“超载型”转为便捷的“轻型车” 。而我国的专用汽车的发展还不能满足经济建设的要求,保有量远远不够，随着我国治理超载、超限工作的逐步深化，运输车超载在以后是必然严惩的。在这样的情况下，挂车制造商面临着严重的挑战，如何设计方能使挂车更加轻量化，尽可能的提高车辆的载质量利用系数并提高车辆有效的承载能力就变得越来越迫切 1 17。水泥散装化是现代文明的重要标志之一，发展散装水泥是建设和谐社会的客观需求，更是循环经济的具体体现。发达国家早在 20 世纪 60 年代末就实现了水泥运输从袋装到散装的转变，散装率普遍超过了 70%，美德日俄等技术比较先进的甚至达到了 90%以上。但是我国到2004 年水泥的散装率仅仅是 33.47%，只是达到了发达国家三分之一的水平，要在根本上得到改观，即使达到 70%，也需各方面多年共同的努力，其中即蕴含了散装水泥车极大的市场空间 25。各种因素的综合影响使得专用汽车越来越受到企业的和社会的重视，尤其是半挂车作为专用车中用量较大的车型，如果能设计得好，不仅可以节约原材料的使用，降低生产成本，还可以在节约燃油的同时提高安全性。现在河北工业大学 2014 届本科毕业设计说明书- 5 -城市雾霾越来越严重，节能减排是未来的发展潮流，各生产厂家应根据市场的变化，开发出满足客户需求的产品，不仅可以增加销量，还可以提高企业产品的市场竞争力 。1.3 汽车与计算机技术的结合1.3.1 计算机软硬件的发展我们清楚地看到计算机技术的进步改变世界上几乎所有行业的工作方式，使人们的脑力活动不再那么繁重，1946 年 2 月 14 日，ENIAC 的诞生标志着计算