貨箱-車(chē)架模擬試驗(yàn)及應(yīng)力計(jì)算

貨箱-車(chē)架模擬試驗(yàn)及應(yīng)力計(jì)算

1貨箱和車(chē)架之間的等效載荷的轉(zhuǎn)化車(chē)輛車(chē)架是車(chē)輛支持、地面和車(chē)身的主要安裝基礎(chǔ)，是車(chē)輛的主要支撐。因此,車(chē)架的強(qiáng)度和剛度在汽車(chē)總體設(shè)計(jì)中非常重要。早期的車(chē)架強(qiáng)度計(jì)算是將車(chē)架簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁,只作彎曲強(qiáng)度的校核。隨著有限元法的發(fā)展和推廣,國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)已將有限元法應(yīng)用于汽車(chē)車(chē)架的強(qiáng)度計(jì)算,但在貨箱與車(chē)架相連接的部分,應(yīng)力的計(jì)算值與貨箱和車(chē)架之間等效載荷和相互剛度關(guān)系簡(jiǎn)化模型有關(guān),直接影響計(jì)算結(jié)果。本文對(duì)貨箱和車(chē)架之間等效載荷的轉(zhuǎn)化進(jìn)行了初步探討。貨車(chē)的貨箱和車(chē)架通過(guò)若干個(gè)U型螺栓連接在一起(見(jiàn)圖1)。在以往的車(chē)架應(yīng)力有限元計(jì)算中,常常不考慮貨箱的結(jié)構(gòu)形式,而一概將貨箱上的載荷以集中力或均布力形式全部直接施加到車(chē)架上。究竟貨箱和車(chē)架之間的載荷是以何種形式傳遞的,貨箱是否能夠承受部分載荷,載荷又是以何種規(guī)律分配到貨箱和車(chē)架上,貨箱的結(jié)構(gòu)形式是否會(huì)影響車(chē)架受力,這些都是汽車(chē)工程師們普遍關(guān)心的問(wèn)題。而這些問(wèn)題在整車(chē)上研究比較困難。為了抓住問(wèn)題的本質(zhì),設(shè)計(jì)和制作了貨箱一車(chē)架模擬試驗(yàn)裝置,試圖通過(guò)模擬試驗(yàn)為解決上述問(wèn)題提供分析依據(jù)。2平衡重模型下的力table本模擬試驗(yàn)裝置將貨箱一車(chē)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為上下兩根梁疊在一起的組合梁結(jié)構(gòu)。上梁模擬貨箱,下梁模擬車(chē)架。為研究不同的貨箱結(jié)構(gòu),制作了兩套試驗(yàn)?zāi)Ｐ?見(jiàn)圖2)。分別模擬貨箱為金屬和木質(zhì)兩種材質(zhì)的貨箱一車(chē)架結(jié)構(gòu)。模型的尺寸與實(shí)際結(jié)構(gòu)成幾何相似,并采用了實(shí)際結(jié)構(gòu)的連接形式。為了研究貨箱和車(chē)架之間作用力的形式,在模型1中選擇了三個(gè)截面,通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量下梁的正應(yīng)力σMy沿X軸方向的變化規(guī)律。(由于上下梁均為開(kāi)口槽形等截面梁,集中載荷并非作用在截面彎曲中心上。因此,在實(shí)測(cè)中每一截面上布四枚電阻片)。各截面的位置及應(yīng)力σMy的試驗(yàn)值和擬合值列于表1中。從表1中可以看到:σMy沿X軸方向呈線性變化,用最小二乘法對(duì)σMy試驗(yàn)值進(jìn)行線性擬合,擬合值與實(shí)測(cè)值相差不大,從線性相關(guān)系數(shù)為0.9976可以證明線性擬合是合理的。因此,這一試驗(yàn)說(shuō)明下梁承受的彎矩沿X軸方向是線性變化的。即上、下梁之間的作用力是以集中力形式傳遞的,沒(méi)有均布載荷的作用。上述試驗(yàn)證明了貨箱和車(chē)架之間的作用力是以集中力形式傳遞的,那么,貨箱上的載荷是否全部以集中力形式傳給車(chē)架的呢?根據(jù)文獻(xiàn),在上下梁自由疊在一起且無(wú)預(yù)緊力作用的組合梁中(如圖3(a)所示),上下梁彎矩之比K為:K值與兩梁的彈性模量E和截面慣性矩的I的乘積有關(guān)。為研究上下梁載荷的分配關(guān)系,在圖2所示組合梁結(jié)構(gòu)的2#截面處截開(kāi),該截面所受內(nèi)力如圖3(b)所示。通過(guò)試驗(yàn)得到在P=8000N下My1、My2、N1、N2內(nèi)力值,進(jìn)而求出上下梁之間的作用力R。對(duì)于模型1和模型2,R分別為1235N和255N。由于組合梁的上下梁之間的作用力是以集中力形式傳遞的,因此,上下梁之間的接觸力集中在三點(diǎn)上,如圖4所示。模型1和模型2在外載荷P=8000N作用下上下梁各自的受力值分別見(jiàn)圖5和圖6。從圖5可以看出:對(duì)于模型1(鋼-鋼結(jié)構(gòu)),總載荷P由上下梁共同承擔(dān)。上下梁承受載荷的比例約為3:7。而對(duì)于圖6所示的模型2(木-鋼結(jié)構(gòu)),由于上梁為木質(zhì)結(jié)構(gòu),因此只承擔(dān)了總載荷的6%,總載荷基本上由下梁承受。通過(guò)貨箱一車(chē)架模擬試驗(yàn)得到以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)貨車(chē)貨箱和車(chē)架之間的作用力是以集中力形式傳遞的。(2)貨箱和車(chē)架共同承受彎曲載荷,貨箱承受能力與貨箱剛度有關(guān)。因此,在車(chē)架應(yīng)力的有限元計(jì)算中應(yīng)考慮貨箱的剛度貢獻(xiàn)。(3)對(duì)于貨箱為木質(zhì)的貨箱一車(chē)架結(jié)構(gòu),由于貨箱的剛度小,可以不考慮其剛度貢獻(xiàn)。3u3000等效載荷為了進(jìn)一步驗(yàn)證貨箱一車(chē)架模擬試驗(yàn)的結(jié)論,本文利用薄壁桿件的有限元方法計(jì)算了一種典型的貨車(chē)車(chē)架的靜態(tài)應(yīng)力,并將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比。車(chē)架應(yīng)力計(jì)算的有限元模型如圖7所示。在車(chē)架應(yīng)力計(jì)算中,等效載荷P分兩種情況簡(jiǎn)化。第一種情況假設(shè)全部載荷直接作用到車(chē)架上,P1=1250N。第二種情況按貨箱一車(chē)架模擬試驗(yàn)中下梁承受的載荷占總載荷的70%的比例,將等效載荷簡(jiǎn)化為P2=875N。兩種情況下車(chē)架滿(mǎn)載彎曲應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果及試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比見(jiàn)表2。從表2中可以看出:等效載荷按第一種情況簡(jiǎn)化(P1=1250N)時(shí),計(jì)算值與試驗(yàn)值相比誤差比較大。而按第二種情況簡(jiǎn)化(P2=875N)時(shí),計(jì)算結(jié)果得到了很大改善。但盡管如此,車(chē)架應(yīng)力計(jì)算值仍比試驗(yàn)值高。這是因?yàn)樵谀M試驗(yàn)中將貨箱假設(shè)為一根縱梁,忽略了貨箱橫梁及貨箱底板的影響。而實(shí)際上貨箱承受載荷的比例比模擬試驗(yàn)的