梁江波 _基于HyperMesh和RADIOSS矿用自卸车高

1、基于HyperMesh 和RADIOSS 的矿用自卸车高强度车箱有限元分析梁江波 吕景春 邵林陕西重型汽车有限公司 陕西·西安 710200摘要：本文介绍了矿用自卸车高强度车箱结构设计特点，利用通用有限元分析软件HyperMesh9.0，建立了高强度大箱的有限元模型。在此基础之上，对矿用自卸车高强度大箱在静载工况和举升工况进行了静强度分析，并进一步得出了大箱总成、U 型结构、前板总成、侧板总成、后板总成、底板总成的应力分布云图。为了更加接近实际大箱的受力状况，对U 型大箱施加静水压力线形变化压强，取动载系数为1.5。大箱和副车架之间采用GAP 接触单元。得到了比较理想的分析结果，初步

2、验证了设计的合理性。关键词: 高强度车箱；HyperMesh9.0；有限元模型；静载工况；举升工况；动载系数；应力分布；0引 言一般汽车质量每减轻10%，燃油消耗可降低6%-8%。对总质量受限制的商用汽车来说，减轻整备质量意味着可以提高装载质量，即增加了装载质量利用系数。这对于提高运输效率，降低运输成本极有帮助，相对来说也是降低了燃油费用。与普通钢材相比，高强度钢材料应用上存在弹性模量高、刚性好、耐磨性强、耐冲击性好及较高的疲劳强度等优势，为结构上优化设计提供了强有力的支持。矿用自卸车道路状况一般比较差，工作条件相对比较恶劣。自卸车箱损坏的程度比较严重, 使用寿命比较短, 针对这种的状况，减轻

3、自重，提高矿用自卸车承载能力就显得尤为重要1。1 矿用自卸车高强度车箱结构设计特点（1）车箱主体采用当前欧洲流行U 型自卸车箱结构。其主要特点：自重轻、载重大，能装载更多的有效载荷，间接的提高了装载效率；降低油耗，为用户创造更大效益；重心低、稳定性好，举升时货物更易居中，角部不粘余料、便于卸货；整体式承载，没有或只有很少的加强筋，焊接量小；使用寿命长；外观设计较为现代化，外表面有大的平面，便于粘贴广告或其他图案。（2） 该车箱内尺寸为（mm ）：5400×2260×1350。该尺寸车所对应自卸车型为公司自卸车非主流车型，且其底盘较为成熟，比较适合新车箱的投放和推广。（3）

4、该车箱由于采用高强度钢板，延长了车箱的使用寿命，减少维修频次；和相同强度普通车箱相比，质量降低30.5%，因此可降低燃油消耗0.4L/100km(根据国外试验数据表明：整车重量每降低10%，可降低油耗8%左右 ；成本低，和相同强度普通车箱相比, 成本降低了12.77%；车箱重心低，和普通自卸车箱相比，重心高度降低约100mm 。（4）矿用自卸车箱尾端采用75°斜角。可以有效防止装载货物散落，保证后板紧扣箱体；车箱后门采用“联动式大开度后门开启机构”，车箱举升时后门开启角度大，有利于大块货物顺利卸料。 2 矿用自卸车大箱有限元模型的建立在HyperMesh9.0中，选择RADIOSS(

5、Bulk Data模板，后面的翻转轴套采用三维的六面体单元类型, 前面的油箱支架和后面的翻转轴座采用三维的四面体单元类型，大箱的前板总成、侧板总成、后板总成、底板总成和副车架主要件均采用二维壳单元，通过对其进行抽取几何中面的方法，进一步分别对其进行二维网格的划分，U 型箱采用单元尺寸50mm ，其他部分采用单元尺寸10mm ，完成后大箱的有限元模型如图1所示，模型的网格节点数为367948，单元数为393976。大箱上的各部件，根据具体的焊接关系，采用RBE2进行刚性连接模拟，大箱和副车架之间施加接触，采用1D 里面Gap 单元。 图1 矿用自卸车大箱有限元模型3 材料属性矿用自卸车大箱有限元

6、模型所对应的材料属性如表1所示。表1 材料属性 4 静载工况大箱约束和载荷的施加在副车架上约束自由度1,2,3,4,5,6(1-X方向的平动自由度；2-Y 方向的平动自由度；3-Z 方向的平动自由度；4-X 方向的转动自由度；5-Y 方向的转动自由度；6-Z 方向的转动自由度 ，如图2所示。除此之外，考虑大箱实际装载的货物较重，取装载物为石沙，密度为1.8×109t/mm，动载系数为31.5，对U 型大箱施加静水压力线形变化压强，折合载重量:5.4（大箱长）×2.26(宽 ×1.35（高）×1.8（砂石密度）×1.5（动载系数，即1.5倍重力加

7、速度）=44.48t，如图3所示。 图2 静载工况大箱约束关系图 图3 大箱静水压力线形变化压强分布5 举升工况大箱约束和载荷的施加大箱举升工况的约束关系如图4所示，在不考虑副车架的基础上，使大箱绕着后面的翻转轴（Y 轴）沿Z 方向上抬10mm ，可看作是初始举图4 举升工况大箱约束关系图 升状态，此时举升力为最大。举升工况的加载状况同静载工况。6 大箱计算结果分析如图5至图16为大箱静载工况和举升工况应力计算结果分布云图，分别为静水压力线形变化压强下大箱应力结果、U 型结构应力结果、前板总成应力结果、侧板总成应力结果、后板总成应力结果、底板总成应力结果。从分析结果可以看出，静载工况和举升工况

8、下，自卸车大箱应力左右对称分布，各分总成最大应力值都未超出材料的屈服极限，满足强度要求。经过分析，矿用自卸车大箱满足强度设计要求。 图5 静载工况大箱应力结果 图11 举升工况大箱应力结果 图6 静载工况U 型结构应力结果 图12 举升工况U 型结构应力结果 图7 静载工况前板总成应力结果 图13 举升工况前板总成应力结果图8 静载工况侧板总成应力结果 图14 举升工况侧板总成应力结果 图9 静载工况后板总成应力结果 图15 举升工况后板总成应力结果 图10 静载工况底板总成应力结果 图16 举升工况底板总成应力结果7 结束语文章针对目前矿用自卸车存在的具体问题，介绍了矿用自卸车高强度车箱结构

9、设计特点，采用HyperMesh9.0和RADIOSS ，建立了矿用自卸车高强度大箱的有限元模型，对矿用自卸车高强度大箱在静载工况和举升工况进行了静强度分析，并进一步得出了大箱、U 型结构、前板总成、侧板总成、后板总成、底板总成的应力分布云图。为了更加接近实际大箱的受力状况，对U 型大箱施加静水压力线形变化压强，取动载系数为1.5，大箱和副车架之间采用GAP 接触单元，得到了比较理想的分析结果，初步验证了设计的合理性。 Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集 8 参考文献 1 冯晋祥.专用汽车设计M.第一版.北京：人民交通出版社,2007. 2 周岁华，史洪波.瑞典 DO

10、MEX700MC 高强度热轧钢板的性能分析.汽车工艺与材料,2003. 3 李楚琳.HyperWorks 分析应用实例.机械工业出版设，2008. 4 敖炳秋.轻量化汽车材料技术的最新动态J.汽车工艺与材料，2002. 5 伍浩明.一种自卸车货箱轻量化方案的可行性探讨.专用汽车，2008. Finite Element Analysis on High Strength Body of Mineral Using Heavy-Duty Dump Truck Based on HyperMesh and RADIOSS Liang Jiangbo Lv Jingchun Shao Lin Abs

11、tract: This paper introduces the design characteristics of mineral using heavy-duty dump truck high strength body structure, making use of finite element analysis software HyperMesh9.0 in general use to establish finite element model of the high strength body. Based on this, do the static strength a

12、nalysis on the mineral using heavyduty dump truck high strength body in the static carrying condition and putting up condition, and further getting stress distribution diagram of the bodies assembly、U type structure、front plank assembly、lateral plank assembly、back plank assembly and bottom plank ass

13、embly. For the sake of better closing to the body actual carrying condition, load pressure of the static water pressure linearity variety, taking vehicle dynamic loading coefficient as 1.5. Simulate nonlinear contact between the truck body and assistant frame using GAP element. Thus, get a good analysis result, veri