新西蘭機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具結(jié)構(gòu)的有限元數(shù)值模擬研究

1、新西蘭機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具構(gòu)造的有限元數(shù)值模擬研究摘 要：基于有限元分析軟件I-DEAS，建立了新西蘭機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具和撤消的幾何模型，并對(duì)其進(jìn)展網(wǎng)格劃分，施加約束和載荷并進(jìn)展計(jì)算，分析吊具和撤消在機(jī)車(chē)整車(chē)吊裝的變形和應(yīng)力，并根據(jù)技術(shù)要求進(jìn)展強(qiáng)度校核。計(jì)算分析結(jié)果說(shuō)明，機(jī)車(chē)吊具和撤消的強(qiáng)度滿足要求，性能可靠。關(guān)鍵詞：機(jī)車(chē)；吊具；強(qiáng)度；有限元機(jī)車(chē)在發(fā)運(yùn)吊裝過(guò)程中，吊具構(gòu)造是否具有足夠的強(qiáng)度以滿足吊裝的要求非常重要。吊具在吊裝機(jī)車(chē)過(guò)程中主要由發(fā)運(yùn)吊具和車(chē)體撤消以及吊車(chē)用鋼絲繩共同作用實(shí)現(xiàn)吊裝。機(jī)車(chē)吊具、撤消的強(qiáng)度決定了吊裝過(guò)程是否平安。本次分析了新西蘭機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具的強(qiáng)度以滿足其發(fā)運(yùn)吊裝的要求。1 機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具

2、概況本次分析計(jì)算的機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具主要由橫向撐桿和縱向撐桿組裝而成。橫向撐桿由L50×50×6和L36×36×5的角鋼和鋼板焊接而成；縱向撐桿由L70×70×8和L36×36×5的角鋼和鋼板焊接而成，材質(zhì)均為Q235-A。車(chē)體撤消的為圓柱型，吊裝時(shí)安裝在車(chē)體底架的吊裝位置，材質(zhì)為45號(hào)鋼。表1列出了機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具及撤消材料的根本力學(xué)特性：表1 材料的屈服極限和許用應(yīng)力材料 部件 屈服極限MPa 許用應(yīng)力MPaQ-235 機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具 235 131s=1.845號(hào)鋼 撤消 355 222s=1.62 吊具及撤消模型本文選

3、用大型通用的集CAD/CAE/CAM于一體的軟件I-DEAS進(jìn)展吊具和撤消模型的建立以及有限元強(qiáng)度分析。2.1 吊具模型由于吊具的橫向和縱向撐桿主要由不同型號(hào)的角鋼和厚板焊接而成，在有限元仿真模擬時(shí)主要采用殼單元進(jìn)展模擬，所以幾何建模時(shí)對(duì)于角鋼建立的幾何模型是面，厚板建立的幾何模型是體。對(duì)撐桿分別建立幾何模型然后組裝在一起，撐桿的幾何模型如圖1-4所示。圖3 縱向撐桿一幾何模型 圖4 縱向撐桿二幾何模型由于吊具具有縱向及橫向兩個(gè)對(duì)稱(chēng)面，并且所受的載荷也是對(duì)稱(chēng)的，因此取1/4構(gòu)造進(jìn)展有限元分析。采用殼單元和四面體單元進(jìn)展構(gòu)造離散，共劃分111314個(gè)單元和70349個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格劃分如圖5所示。圖

4、5 1/4機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具有限元網(wǎng)格由其構(gòu)造特點(diǎn)和力學(xué)性質(zhì)可得：當(dāng)取1/4構(gòu)造進(jìn)展有限元分析計(jì)算時(shí)，約束施加在吊具構(gòu)造的對(duì)稱(chēng)面上。2.2 撤消模型車(chē)體撤消安裝在車(chē)體底架相應(yīng)的吊裝位置，用來(lái)吊裝機(jī)車(chē)車(chē)輛。所以取出底架側(cè)梁吊裝的相應(yīng)位置和撤消進(jìn)展接觸模擬，詳細(xì)幾何模型及有限元模型如圖6、7所示：圖6 車(chē)體撤消構(gòu)造簡(jiǎn)圖 圖7 車(chē)體撤消和底架裝配有限元網(wǎng)格載荷27t作用在鋼絲繩與其接觸的位置；撤消銷(xiāo)體與底架的接觸處設(shè)置接觸約束；在底架側(cè)梁取出的局部邊界設(shè)置固定約束。3 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析3.1 吊具應(yīng)力分析經(jīng)過(guò)有限元分析計(jì)算，機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的最大Mises應(yīng)力為129MPa，發(fā)生在端板與縱支承槽鋼的交

5、接處，小于材料的許用應(yīng)力131 MPa，節(jié)點(diǎn)的Mises應(yīng)力分布如圖8、9示。圖8機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具節(jié)點(diǎn)Mises應(yīng)力云圖 圖9 機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具局部應(yīng)力最大點(diǎn)Mises應(yīng)力云圖3.2 撤消應(yīng)力分析車(chē)體撤消節(jié)點(diǎn)最大Mises應(yīng)力為220MPa，發(fā)生在撤消體與底架側(cè)梁接觸處，小于材料的許用應(yīng)力221 MPa，節(jié)點(diǎn)的Mises應(yīng)力分布如下列圖。圖10車(chē)體撤消節(jié)點(diǎn)Mises應(yīng)力云圖4 完畢語(yǔ)在機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具設(shè)計(jì)時(shí)，采用計(jì)算機(jī)仿真模擬的方法進(jìn)展強(qiáng)度分析，可以減少設(shè)計(jì)本錢(qián)和時(shí)間進(jìn)步效率。由于在實(shí)際機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊裝中，撤消和吊具在檢測(cè)時(shí)有裂紋出現(xiàn)，所以采用有限元強(qiáng)度分析可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺乏，并方便改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，防止和減少在機(jī)車(chē)吊裝試驗(yàn)中出現(xiàn)失誤的幾率。對(duì)于已有吊具，當(dāng)載重增加時(shí)強(qiáng)度是否滿足要求，能否保證吊裝平安，也可以采用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的校核。本文運(yùn)用I-DEAS有限元分析軟件對(duì)新西蘭機(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具和撤消進(jìn)展了有限元強(qiáng)度分析，分析結(jié)果說(shuō)明在吊裝時(shí)其應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，強(qiáng)度滿足要求，性能可靠?？梢詾橐院蟮臋C(jī)車(chē)發(fā)運(yùn)吊具設(shè)計(jì)提供參考。參考文獻(xiàn)：2張質(zhì)文等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：中國(guó)鐵道工業(yè)出版社，1998.4楊建新等.I-DEAS入門(mén)與進(jìn)步M.北京：清華大學(xué)出版社，2002.