XZ3750G車架有限元分析報(bào)告20130530

1、XZ3750G礦用自卸車車架有限元分析報(bào)告徐州徐工特種汽車有限公司2013年05月30日XZ3750G車架有限元分析報(bào)告目 錄1、分析背景22、基本模型建立23、載荷及約束條件處理34、工況分析與計(jì)算45、模型更改優(yōu)化156、結(jié)論16資料來(lái)源編 制校 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化提出部門審 定礦用車研發(fā)部批 準(zhǔn)標(biāo) 記處 數(shù)更改文件號(hào)簽 字日 期職 責(zé)簽 字日 期一、分析背景礦用自卸車工作環(huán)境惡劣，車架作為承載基體，在裝載、運(yùn)輸和卸載過程中承受主要的載荷，是重要的受力件。礦用車的大部分部件，如動(dòng)力總成、駕駛室、貨箱等都與車架直接相連，在車輛行駛過程中，車架會(huì)承受來(lái)自地面的沖擊載荷以及扭轉(zhuǎn)、彎曲等各種載荷產(chǎn)生的彎矩和

2、剪力。因此，車輛正常行駛，必須保證車架具有足夠的強(qiáng)度和剛度。此處應(yīng)用有限元軟件Hypermesh和ABAQUS建立XZ3750G車架模型，對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。XZ3750G型礦用車車架幾何模型如下圖示：圖1、XZ3750G車架幾何模型二、基本模型建立車架材質(zhì)為Q550D為主，彈性模量E=2.1E5MPa，泊松比=0.3，屈服強(qiáng)度s=550MPa，抗拉強(qiáng)度b640MPa。將由Catia中建立的車架模型導(dǎo)入Hypermesh中，抽取中面，去除一些非承載件及小特征，幾何簡(jiǎn)化之后，以25mm為單元長(zhǎng)度，四邊形單元為主（S4R），三角形單元（S3）為輔，劃分網(wǎng)格。橫梁與縱梁之間、縱梁內(nèi)

3、板與外板之間的焊接用運(yùn)動(dòng)耦合或MPC-BEAM單元模擬，后鉸軸和板簧支座采用實(shí)體網(wǎng)格（C3D4、C3D6和C3D8）劃分。建立有限元網(wǎng)格模型，共計(jì)生成節(jié)點(diǎn)88199個(gè)，單元204526個(gè)，生成的網(wǎng)格圖如下示：圖2、XZ3750G車架有限元網(wǎng)格圖三、載荷及約束條件處理汽車行駛過程中要承受各種載荷的作用，在建立車架有限元模型時(shí)必須合理處理，以模擬真實(shí)情況。此處，駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱總成、油箱重均以集中力載荷加至其質(zhì)心處，車箱與貨物按其重心位置，均布等效施加于于車架左右縱梁上。車架自重以重力載荷的形式加載于其自身。主要載荷如下表示：名稱重量（Kg）駕駛室1000動(dòng)力總成1300油箱與托架450貨物

4、與車箱60000表1、礦用車主要質(zhì)量參數(shù)懸架系統(tǒng)和輪胎參照相關(guān)文獻(xiàn)，簡(jiǎn)化為兩個(gè)垂直彈簧（springA）和一個(gè)大剛度平衡梁，并以主從節(jié)點(diǎn)單元模擬彈簧端點(diǎn)與對(duì)應(yīng)吊耳處節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系。支承點(diǎn)取在前后板簧等效梁中心。并以前板簧剛度Kf=886N/mm、后板簧剛度Kr=6832N/mm賦予垂直彈簧其剛度系數(shù)。建立的車架總體有限元模型如下圖示：圖3、XZ3750G車架有限元模型四、工況分析與計(jì)算1、水平彎曲工況彎曲工況主要模擬車輛在水平路面行駛時(shí)的情況，此工況下，約束各支承點(diǎn)的6個(gè)方向自由度。建立的有限元模型如上圖示。將由以上建立的inp文件導(dǎo)入ABAQUS中計(jì)算，得到車架位移云圖如下示：圖4、彎曲工況

5、下車架位移變形云圖由圖知，最大位移變形量為40.71mm，主要表現(xiàn)為車架整體隨載荷的下壓產(chǎn)生的位移。得到其等效應(yīng)力云圖如下示：圖5、彎曲工況下車架等效應(yīng)力云圖由圖知，最大應(yīng)力為64.29MPa，出現(xiàn)在平衡懸架與縱梁加強(qiáng)板的焊接位置，如下示：圖6、水平彎曲工況下車架的最大應(yīng)力位置2、左前輪懸空此工況下，釋放左前輪的所有自由度，約束其他輪胎處的所有自由度。由ABAQUS計(jì)算，得到此工況下，車架的位移變形云圖如下示：圖7、左前輪懸空時(shí)車架位移變形云圖由圖知，最大變形量為76.90mm，出現(xiàn)在首橫梁左側(cè)，即懸空側(cè)。車架的等效應(yīng)力云圖如下示：圖8、左前輪懸空時(shí)車架等效應(yīng)力云圖由圖知，最大等效應(yīng)力為100

6、.2MPa，出現(xiàn)在懸空側(cè)平衡懸架與車架縱梁加強(qiáng)板的焊接位置，如下圖示：圖9、左前輪懸空時(shí)車架的最大應(yīng)力位置3.左前輪抬高此工況主要考慮左前輪抬高時(shí)，車架整體扭轉(zhuǎn)情況。將左前輪Z向自由度強(qiáng)制設(shè)置為200mm，其余約束同水平彎曲，得到車架的變形云圖如下示：圖10、左前輪抬高時(shí)車架變形云圖由圖知，最大變形量為200mm，即左前輪強(qiáng)制抬高處。車架的等效應(yīng)力云圖如下示：圖11、左前輪強(qiáng)制抬高時(shí)車架等效應(yīng)力云圖由圖知，最大等效應(yīng)力值為258.7MPa，出現(xiàn)在抬高側(cè)第二板簧后支座與車架的連接位置，如下示：圖12、左前輪抬高時(shí)的車架最大應(yīng)力位置4.中間輪懸空此工況時(shí)，模擬車架中間一輪懸空時(shí)，車架的整體彎曲扭轉(zhuǎn)

7、情況。釋放左側(cè)中間輪的所有自由度，其余同水平彎曲工況。得到車架的位移云圖如下示：圖13、中間輪懸空時(shí)車架的變形云圖最大位移量為55.37mm，出現(xiàn)在懸空側(cè)車架首橫梁處。車架的等效應(yīng)力云圖如下示：圖14、中間輪懸空時(shí)車架的等效應(yīng)力云圖由圖知，最大等效應(yīng)力為95.3MPa，出現(xiàn)在懸空側(cè)平衡懸架與縱梁加強(qiáng)板的焊接位置，如下圖示：圖15、中間輪懸空時(shí)車架的最大應(yīng)力位置5.中間輪抬高200mm此工況下，強(qiáng)制中間輪Z向位移為200mm，其余約束同水平彎曲工況。得到車架的變形云圖如下示：圖16、中間輪抬高200mm時(shí)車架的變形云圖最大位移量為中間強(qiáng)制抬高的輪胎處，為200mm。車架的等效應(yīng)力云圖如下示：圖1

8、7、中間輪抬高200mm時(shí)車架的等效應(yīng)力云圖由圖知，最大等效應(yīng)力為178.9MPa，出現(xiàn)在第三橫梁與內(nèi)側(cè)板的焊接處，如下圖示：圖18、中間輪抬高200mm時(shí)車架的最大應(yīng)力位置6.后輪同時(shí)抬高100mm因后輪為平衡懸架，故將其同時(shí)抬高100mm，即對(duì)后輪支承點(diǎn)給予Z向強(qiáng)制位移100mm,得到車架的變形云圖如下示：圖19、右后輪抬高時(shí)車架的總體變形云圖由圖知，此工況下，車架的最大位移量為后輪抬高處，即100mm。車架的等效應(yīng)力云圖如下示：圖20、右后輪抬高時(shí)車架的等效應(yīng)力云圖由圖知，最大等效應(yīng)力為260.1MPa，出現(xiàn)在平衡懸架與縱梁加強(qiáng)板的焊接位置，如下圖示：圖21、右后輪抬高時(shí)車架的最大應(yīng)力位

9、置7舉升工況由相關(guān)文獻(xiàn)及計(jì)算知，車箱舉升時(shí)，當(dāng)車廂剛離開車架縱梁面時(shí)，車架受力情況最嚴(yán)重。故此處僅考慮此極限工況。此時(shí)，車廂及貨物的重量將施加于后鉸軸及前油缸支座處，輪胎約束情況同水平彎曲工況，建立有限元模型如下圖示：圖22、舉升工況有限元模型計(jì)算后，得到車架的變形云圖如下示：圖23、舉升工況時(shí)車架的變形云圖由圖知，舉升工況下，車架的最大位移變形量為50.23mm，出現(xiàn)在車架首橫梁端。車架的等效應(yīng)力云圖如下示：圖24、舉升工況下車架的等效應(yīng)力云圖由圖知，車架的最大等效應(yīng)力為341.4MPa，出現(xiàn)在后鉸軸支座與鉸軸焊接處，如下圖示：圖25、舉升工況下車架的最大應(yīng)力位置五、模型更改優(yōu)化由以上分析知

10、，在水平彎曲及各項(xiàng)扭轉(zhuǎn)工況下，車架整體應(yīng)力均小于材料的屈服強(qiáng)度。舉升工況時(shí)，后鉸軸支座與鉸軸焊接位置處出現(xiàn)較大應(yīng)力值，應(yīng)在局部考慮加強(qiáng)。為加強(qiáng)承載，在后鉸座與鉸軸位置加斜向10mm厚撐板（共4塊），形成一封閉結(jié)構(gòu)，建立的車架尾部有限元網(wǎng)格模型如下圖示：圖26、后鉸座更改后的有限元網(wǎng)格圖由以上模型建立inp文件，導(dǎo)入ABAQUS中計(jì)算后，得到在舉升工況下，車架整體的等效應(yīng)力云圖如下示：圖27、模型更改后車架在舉升工況下的應(yīng)力云圖由圖知，最大應(yīng)力為237.3MPa，小于材料屈服強(qiáng)度，最大應(yīng)力出現(xiàn)在平衡懸架與加強(qiáng)板的焊接位置，如下圖示：圖28、模型更改后車架在舉升工況下的最大應(yīng)力位置六、結(jié)論將上述計(jì)

11、算結(jié)果匯總，如下表所示：工況最大變形量最大位移位置最大應(yīng)力最大應(yīng)力位置是否符合設(shè)計(jì)要求水平彎曲40.71mm整體下壓位移64.29MPa平衡懸架與縱梁加強(qiáng)板的焊接位置安全左前輪懸空76.90mm懸空側(cè)首橫梁端100.2MPa懸空側(cè)平衡懸架與縱梁加強(qiáng)板的焊接位置安全左前輪抬高200mm200mm左前輪強(qiáng)制抬高處258.7MPa抬高側(cè)第二板簧后支座與車架的連接位置安全中間輪懸空55.37mm懸空側(cè)車架首橫梁處95.3MPa懸空側(cè)平衡懸架與縱梁加強(qiáng)板的焊接位置安全中間輪抬高200mm200mm中間輪強(qiáng)制抬高處178.9MPa第三橫梁與內(nèi)側(cè)板的焊接處安全后輪同時(shí)抬高100mm100mm后輪抬高處260.1MPa平衡懸架與縱梁加強(qiáng)板的焊接位置安全舉升工況50.23