利用有限元分析法优化搅拌车副车架.pdf

利用有限元分析法优化搅拌车副车架 D e s i g no faB i d i r e c t i o nT r a c t i n gS e m i t r a i l e rU s e dF o rT u n n e l 田娟 T I A NJ u a n 北汽福田汽车股份有限公司宣化专用车分公司河北宣化0 7 5 1 0 0 籀要 根据混凝土搅拌运输车副车架的实际受力形式 建立了数学模型 保证承载件不发生断裂 和开裂的现象 通过有限元分析计算应力集中点的分布区域 重点介绍了上装副车架结构的局部结 构的优化设计 关键诩 有限元分析搅拌车副车架应力集中优化设计 A b s t r a c tA c c o r d i n gt ot h ea c t u a lf o r c eo fc o n c r e t em i x e rs u b f i a m e m a t h e m a t i c a lm o d e l sw e r es e tu pt o e l l s B r et h a tn o f a u l tl o a dc o n d i t i o n s S t r e s sc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o nw a sc a l c u l a t e db yf i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s S 仃u c n J r ei m p r o v e m e n to nt h eo p t i m a ld e s i g no f s u b f r a m ew a se x p l a i n e d K e yw o r d sf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s c o n c r e t em i x e rs u b f r a m e S I T C S Sc o n c e n t r a t i o n o p t i m i z a t i o n 中田分类号 U 4 6 9 6 5 0 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 4 0 2 2 6 2 0 1 0 0 6 0 0 4 6 0 2 1 引言 搅拌运输车副车架是搅拌车底盘和罐体之间的连接载体 是 搅拌车的关键部件 靠u 型螺栓及连接板固定在主车架上 承受 搅拌罐体装载的物料和罐体自身重量而产生的拉伸 扭转 弯曲 的复合应力 应力状态较复杂 在使用过程中 由于路面工况不 同 副车架承受周期的复合应力的作用达到一定的疲劳次数后 副车架容易疲劳引起断裂 可见 对副车架关键部位的结构优化 设计 降低该处的使用疲劳强度数值 在同等材质下提高其使用 寿命是十分必要的 基于这种思想 用有限元分析软件计算副车 架关键点的复合应力峰值 并优化结构降低此峰值 以达到设计 最佳的效果 2 利用有限元分析传统副车架应力分布 2 1 数学模型的建立 以四桥1 2m 3 搅拌运输车的副车架为基础建立数学模型 利用 H y p e r m e s h 作前处理 模型包括6 0 万单元 焊接关系采用结构融合 和线焊方式模拟 利用关键点位对角翘起1 5 0l n l T l 实际受力变形 状态 利用A d a m s N a n s t r a n 进行求解 采用惯性释放的方法进 行计算分析 2 2 工况描述及应力分布 副车架结构说明 后支架和副梁焊接成为一体 后支架的前 封板与副梁之间焊接斜支撑筋 前支架和副梁也是采用焊接的方 式 如图i 所示 第一作者 田娟 女 1 9 7 3 年 生 工程师 现从事专用车设 计工作 田1 车槊动力学 柔耦合攥墨 下面按照三种不同工况对副车架进行分析 静态弯曲应力分 布图如图2 所示 田2 静态弯曲应力分布圈 万方数据 整车三 四桥 中后桥 对角抬高1 5 0m i l l 应力分布图如图 3 所示 田3 誓车三 四桥 中后桥 对角抬高1 5 0m m 应力分布圈 二桥与三 四桥 转向桥及平衡桥 对角抬高1 5 0m i l l 应力 分布图如图4 所示 田4 二桥与三 圈桥I 转向桥曩平夤桥 对角抬矗1 5 0m E 宣力分布田 根据以上图2 4 三种工况的应力集中峰值及位置 汇总如表1 裹1 三种情况应力 值寰 根据上面三种工况的计算结果可以看出 上装部分在载荷作 用下 中间结构和尾部结构出现弯曲变形 并且幅值较大 在后 支架斜支撑筋和副梁连接的局部出现幅值较大的应力 以上只是 在静态工况计算结果 并没有动态载荷计算 如果按照动态载荷 的影响 利用动载系数加以考虑 取1 5 倍系数 通过表l 可看 出 应力峰值均超过材质的屈服强度 时间长久 势必造成隐 患 3 后支架斜支撑结构与前支架连接形式优化 针对以上分析得出三个应力集中区域分别处在后支架斜支撑 与副梁焊接处和前支架前端与副梁焊接处 此处应力峰值最高 如果不采取措施 势必造成开焊 母材撕裂等质量问题 下面通 过有限元分析优化出一种新型结构 减少应力峰值 以达到提高 衰2 三种情况应力一值襄 T E C H N I cF o R U M 圈5 改进后斜支撑结构 田6 黄支架与一粟采用曩栓连接 啊7 鳍构改进后帕应力分析 质量的目的 如图5 所示 在原有斜支撑前端再增加一个连接条形 钢板 分别焊接在副梁上平面与斜支撑上 前支架与副梁采用型 螺栓连接 如图6 所示 利用有限元软件对其进行应力计算 如图 7 所示 计算结果如表2 所示 4 结论 通过表2 可以看出 各相应部位应力峰值已经下降 按照动态 载荷影响均未超过材料的屈服强度值 所以此优化设计合理 符 合大方量搅拌车副车架结构的设计原则 同时 也说明增加某 部位强度可以不靠增加板厚 加大尺寸来解决 可利用有限元分 析手段 加上巧妙的设计同样可以实现分散应力集中 降低应力 峰值点数值的效果 收稿日期 2 0 1 0 0 3 0 2 万方数据 利用有限元分析法优化搅拌车副车架利用有限元分析法优化搅拌车副车架 作者 田娟 TIAN Juan 作者单位 北汽福田汽车股份有限公司宣化专用车分公司 河北宣化 0751