汽車(chē)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法結(jié)課論文-翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)研究存在的問(wèn)題-文庫(kù)吧
2025-05-16 04:03 本頁(yè)面
【正文】 利用該方法可以準(zhǔn)確預(yù)估翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)的性能。通過(guò)進(jìn)行多種工程車(chē)輛不同類(lèi)型翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞性試驗(yàn) ,獲得了翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)的各種變形模式 ,分析了其失效機(jī)理 ,并通過(guò)研究車(chē)架、減震裝置等對(duì)翻 車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)變形模式、承載能力和能量吸收特性的影響規(guī)律 ,指出了翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)原則。提出了能量吸收控制的設(shè)計(jì)方法 ,解決了大型工程車(chē)輛翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向能量吸收設(shè)計(jì)問(wèn)題。提出以能量吸收滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)的側(cè)向力與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小側(cè)向承載力之差為目標(biāo)函數(shù) ,以翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)的性能要求為約束條件建立優(yōu)化模型 ,并基于 Kriging 模型建立了翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)函數(shù)之間的近似關(guān)系 ,采用遺傳算法對(duì)翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全局優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文的研究成果為工程車(chē)輛翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù) ,對(duì)于提高工程車(chē)輛的作業(yè)安全性具有重要 意義。 二、解決問(wèn)題的理論或方法描述 工程車(chē)輛的翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。同時(shí)，支撐ROPS的減震器、支架和車(chē)架也將對(duì) ROPS的性能產(chǎn)生一定程度的影響，而且在很多情況下這種影響是非常顯著的。而以往的研究，僅以 ROPS本身為研究對(duì)象，利用基于塑性極限分析原理或者基于梁?jiǎn)卧碚撟儎偠仍隽糠ㄟM(jìn)行 ROPS 性能的簡(jiǎn)化計(jì)算，這種方法雖然可以方便的計(jì)算出 ROPS 的極限承載力，但其中的假設(shè)過(guò)多，很難準(zhǔn)確得到 ROPS 的任意一時(shí)刻的位移、能量吸收值、承載能力及其局部破壞現(xiàn)象，也很難反應(yīng) ROPS 安裝到工程車(chē)輛上以后的整 體性能及其力學(xué)特性。所以，本章提出以 ROPS、各種輔助支架、支撐、安裝件、減震器及其車(chē)架構(gòu)成整機(jī)系統(tǒng)為研究對(duì)象，利用彈塑性大變形理論來(lái)進(jìn)行翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)性能計(jì)算機(jī)仿真方法的研究。通過(guò)大量的仿真分析和對(duì) ROPS 試驗(yàn)失效機(jī)理的分析，研究了翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)的三種建模方法。 翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)性能仿真的建模方法 若使用材料的彈性極限設(shè)計(jì) ROPS，則材料未充分發(fā)揮其潛在的塑性部分的承載能力。為降低 ROPS 的自重和制造成本，應(yīng)該把材料屈服以后的塑性變形階段考慮進(jìn)來(lái)。材料屈服之后， ROPS 局部區(qū)域塑性變形將使得應(yīng)力分布趨于平緩，當(dāng)載荷繼續(xù)增加時(shí)，塑性區(qū)域不斷擴(kuò)大，一直到某一極限值為止。若假設(shè) ROPS 材料服從理想塑性，則 ROPS 變成幾何可變的機(jī)構(gòu)，從而 ROPS 喪失承載能力，不能繼續(xù)增加抵抗翻車(chē)載荷的能力，這種狀態(tài)稱為塑性極限狀態(tài)，相應(yīng)載荷稱為“極限載荷”。但在外力作用下 ROPS 仍可持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而且這種轉(zhuǎn)動(dòng)可以使塑性區(qū)域的應(yīng)變 能持續(xù)增加， ROPS 大量吸收翻車(chē)沖擊動(dòng)能。 上述 ROPS 在外載荷作用下的物理過(guò)程，用理論解析法很難表達(dá)，所以，當(dāng)前 ROPS 性能的計(jì)算機(jī)仿真已成為 ROPS 設(shè)計(jì)與改進(jìn)的重要方法與手段。保證仿真的精度及其準(zhǔn)確性對(duì)工程應(yīng)用和理論研究都具有重要意義。仿真的準(zhǔn)確性盡管與有限元求解算法有關(guān)，但更大程度上依賴于仿真模型的建立方法，尤其是單元的選取和模型簡(jiǎn)化方法。前面已經(jīng)介紹了 ROPS 塑性大變形非線性的基本理論，本節(jié)著重研究建立 ROPS 仿真模型時(shí)的簡(jiǎn)化方法和相關(guān)單元的基本理論。而且不同類(lèi)型工程車(chē)輛 ROPS 的彈塑性大變形力學(xué)特 點(diǎn)差別較大，進(jìn)行 ROPS 性能的計(jì)算機(jī)仿真研究時(shí)，必須采用不同的模型建立方法。本文在總結(jié)大量 ROPS 性能計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，提出了基于梁、殼、實(shí)體單元技術(shù)的三種 ROPS 性能計(jì)算機(jī)仿真模型的建立方法。 （ 1） 基于梁?jiǎn)卧碚摰姆?chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)建模 薄壁開(kāi)口或者閉合截面構(gòu)件具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、造價(jià)低的特點(diǎn)，工程車(chē)輛翻車(chē)保護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中具有較廣泛的應(yīng)用。“薄壁構(gòu)件”規(guī)定的尺寸限制是， 式中， t 為壁厚， d 為橫截面的代表性尺寸（如截面寬度、高度或任一板件的寬度等）， L 為構(gòu)件的長(zhǎng)度。 在符合“薄壁構(gòu)件”尺寸限 制的條件下，彎曲和扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的中面內(nèi)剪應(yīng)變對(duì)構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力分布的影響很小。由于壁厚與橫截面的其他尺寸相比很小，彎曲應(yīng)力和約束扭轉(zhuǎn)引起的翹曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力沿厚度方向的變化也很小，可以認(rèn)為應(yīng)力沿厚度方向均勻分布。所以，當(dāng)ROPS 構(gòu)件符合上述尺寸限制時(shí)，使用薄壁梁理論計(jì)算具有足夠的精度。在這類(lèi) ROPS 極限承載能力計(jì)算和保護(hù)特性的計(jì)算機(jī)仿真中，常采用 Timoshenko 梁?jiǎn)卧碚摗?Timoshenko 梁的基本特點(diǎn)是撓度ω和截面轉(zhuǎn)動(dòng)θ各自獨(dú)立插值。即， 其中， n 是單元結(jié)點(diǎn)數(shù)， 是拉格朗日插值多項(xiàng)式。 將式（ 219） 代入最小位能原理的泛函表達(dá)式 ，得 整理后得有限元求解方程， Ka = P 式中， K 單元?jiǎng)偠染仃嚕?a 為單元位移， P 為結(jié)點(diǎn)力。 另外，在 ROPS 的概念設(shè)計(jì)階段， ROPS 上構(gòu)件之間的具體聯(lián)接方案還無(wú)法確定， ROPS 與聯(lián)接支架間的關(guān)系也是概念性的。所以，利用梁?jiǎn)卧碚摻?
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