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基于HyperMesh和RADIOSS的矿用自卸车高强度车箱有限元分析



http://www.mei.net.cn/ 2013-03-05 15:57:30 Altair 

内容摘要: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。

  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)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(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。

矿用自卸车大箱有限元模型

图1 矿用自卸车大箱有限元模型

  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1.8×10t/mm ,动载系数为1.5,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倍重力加速度)=44.48t,如图3所示。

静载工况大箱约束关系图

图2 静载工况大箱约束关系图

大箱静水压力线形变化压强分布

图3 大箱静水压力线形变化压强分布

举升工况大箱约束关系图

图4 举升工况大箱约束关系图

  5 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。

    

责任编辑:机经网编辑部 bhm
 
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