【正文】 車架網(wǎng)格信息 材料特性和單元屬性的確定車架的組成為Q235鋼板焊接件，在工作時(shí)其變形是彈性變形。并忽略了焊縫處材料特性的不同和焊縫缺陷，認(rèn)為所有單元都具有同樣的材料特性。材料特性常數(shù)包括:彈性模量、泊松比、密度。選擇Preprocessor—Add/Edit/Delete—Add，定義單元屬性為Solid，Brick 8node 45，點(diǎn)擊Material props—Material Models，接著繼續(xù)點(diǎn)擊structural—linear—Elastic—Isotropic，定義EX為2e11。 邊界約束約束模擬必須遵循以下原則：1）要有足夠的約束使結(jié)構(gòu)消除剛體運(yùn)動(dòng)的可能，從而保證剛度矩陣非奇異，獲得位移的確定解。2)不得有多余的約束。因?yàn)槎嘤嗟募s束會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生實(shí)際不存在的附加約束力，從而增加部件的計(jì)算剛度，使計(jì)算結(jié)果失真。由于車架和行走機(jī)構(gòu)的連接是通過擺動(dòng)架進(jìn)行的無彈性元件也無阻尼器件的剛性連接，所以對(duì)車架的邊界約束，可直接采用作用于擺動(dòng)架與車架連接處的前、后共4個(gè)支撐軸面約束。鋼包車車架一般是由鋼板焊接而成的整體結(jié)構(gòu)，所以在進(jìn)行有限元分析時(shí)一般將車架作為一個(gè)整體來考慮，非承載式與半承載式車架通過車架與擺動(dòng)架支座相連，所以車架的邊界條件就體現(xiàn)為車架前后的位移。邊界約束的模擬是車架結(jié)構(gòu)分析中的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，約束模擬的正確與否也是計(jì)算成敗的關(guān)鍵。選擇solution—Define Loads—Apply—Structual—Displacement—On Areas，選擇支承軸的四個(gè)圓柱面約束 載荷的施加在分析車架的強(qiáng)度問題時(shí)，應(yīng)考慮作用在其上的所有載荷，包括車架自重、鋼包總重、1個(gè)減速器、1個(gè)電動(dòng)機(jī)、4個(gè)傳動(dòng)軸。120t的總載重量以面載荷的形式作用于車架鋼包座的上表面，車架的自重通過程序自動(dòng)加到模型節(jié)點(diǎn)的相應(yīng)位置。車架承受載荷的模擬是車架結(jié)構(gòu)有限元分析中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的真實(shí)性，因此必須慎重處理。作用在鋼包臺(tái)車車架骨架上的載荷有車架自重和外加載荷兩種。選擇solution—Define Loads—Apply—Structual—pressure—On Areas，彈出對(duì)話框后，選擇主梁上兩個(gè)支撐面為受力面，輸入相應(yīng)壓力值即可。施加載荷和約束后的車架有限元模型如圖 。圖 施加載荷后的車架模型 傳動(dòng)軸的加載和計(jì)算由前面的計(jì)算模型進(jìn)行彎矩的加載如下所示 分析工況的選擇和計(jì)算鋼包運(yùn)輸臺(tái)車的一個(gè)工作循環(huán)一般由空載待包，鋼包坐包，滿載前進(jìn)，滿載制動(dòng)停止，靜止精煉，滿載后退，滿載返向制動(dòng)停止和吊包空載。車架實(shí)際工作中受力情況是很復(fù)雜的，例如彎曲、扭轉(zhuǎn)、制動(dòng)等。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)看，與車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有直接關(guān)系的主要是靜載、：和滿載制動(dòng)三個(gè)工況。因此，在本課題中對(duì)車架分析時(shí)選取三個(gè)工況。工況l:靜態(tài)重載，鋼包臺(tái)車承載鋼水罐靜止時(shí)或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，這是最常見的工況。臺(tái)車車架受到地球引力和車架總外加載荷的正壓力作用。具體計(jì)算數(shù)值如下::g=，作用于鋼包臺(tái)車車架上。:G=126000=1234800N其中包括:鋼包總質(zhì)量 :120000kg其它載荷質(zhì)量:6000kg(包括兩個(gè)鋼包底座的重量）作用力處面積s==作用于鋼包臺(tái)車車架側(cè)梁的鋼包支座墊板上。工況Ⅱ:鋼包落在車架上的瞬間沖擊載荷，鋼包臺(tái)車承載鋼包的瞬間受到的載荷是大于靜載時(shí)的鋼包的重量的，沖擊載荷一般在計(jì)算的時(shí)候取物體重力的2倍。具體計(jì)算數(shù)值如下：1. 重力加速度：作用于鋼包臺(tái)車車架上。2. 車架總外加載荷：其中包括：鋼包總重的2倍，240000kg，其它載荷重量：6000kg（包括2個(gè)鋼包底座）作用于鋼包臺(tái)車車架主梁的鋼包支座墊板上。 工況Ⅲ：滿載制動(dòng)、鋼包臺(tái)車在勻速運(yùn)動(dòng)過程中，減速停止時(shí)車架本身會(huì)受到一個(gè)慣性力的作用。具體計(jì)算數(shù)值如下：1. 重力加速度： 作用于鋼包臺(tái)車車架上。2. 車架總外加載荷：G=126000=1234800N 其中包括：鋼包總質(zhì)量120000kg，其它載荷質(zhì)量：6000kg（包括2個(gè)鋼包底座，單個(gè)3000kg）作用于鋼包臺(tái)車車架主梁的鋼包支座墊板上。3. 制動(dòng)時(shí)所受到的慣性力勻速前進(jìn)時(shí)，最大速度：制動(dòng)距離：s=5m加速度： 作用于臺(tái)車車架主動(dòng)端支承軸上。 各工況下車架結(jié)構(gòu)有限元分析鋼包車車架的材料為合金鋼，結(jié)構(gòu)的破壞形式一般為塑性屈服。因而在強(qiáng)度分析中采用第三強(qiáng)度理論或者第四強(qiáng)度理論。第三強(qiáng)度理論未考慮主應(yīng)力的影響，它雖然可以較好的表現(xiàn)塑性材料(如低碳鋼)塑性屈服現(xiàn)象，但只適用于拉伸屈服極限和壓縮屈服極限相同的材料。第四強(qiáng)度理論考慮了主應(yīng)力的影響，而且和實(shí)驗(yàn)較符合，與第三強(qiáng)度理論相比更接近實(shí)際情況。因而在強(qiáng)度評(píng)價(jià)中通常采用第四強(qiáng)度理論導(dǎo)出的等效應(yīng)力來評(píng)價(jià)。采用第四強(qiáng)度理論對(duì)車架的靜強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)定，即若在各個(gè)計(jì)算工況及組合工況下車架各部位的最大等效應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，則車架靜強(qiáng)度滿足要求，否則不滿足要求。 工況l:靜態(tài)重載（1） 邊界約束選擇solution—Define Loads—Apply—Structual—Displacement—On Areas，選擇支承軸的四個(gè)圓柱面約束（2） 施加載荷受力類型為局部面的壓力，屬于均布載荷，選擇solution—Define Loads—Apply—Structual—pressure—On Areas，彈出對(duì)話框后，選擇主梁上兩個(gè)支撐面為受力面。（3） 點(diǎn)擊solution—solve—current LS，進(jìn)行求解。求解完成后可得工況l下的車架靜態(tài)分析總變形模型（），車架靜態(tài)分析等效應(yīng)力模型（），梁的最大變形量位置在梁的下蓋板處，有限元分析的結(jié)果滿足剛度要求。另外某些部位在重壓下產(chǎn)生局部變形。由于這些變形不大，不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出軸、減速器與車輪之間的傳動(dòng)配合產(chǎn)生不利影響。 工況I靜態(tài)位移分析云圖，說明理論計(jì)算的方法還是趨于保守。，圖中顯示了各部分應(yīng)力分布狀況。最大值達(dá)100MPa。其各處所受應(yīng)力值均較小，且均小于理論計(jì)算的應(yīng)力值。車架靜強(qiáng)度滿足使用要求 工況I車架上部分靜態(tài)分析等效應(yīng)力模型 工況Ⅱ：瞬間沖擊載荷工況Ⅱ下有限元分析的步驟與上工況大致相同，邊界約束仍然為四個(gè)支承軸的支撐面，加載荷的位置也是在鋼包底座處。約束建立及載荷施加后便可求解了。完成后得應(yīng)力圖與變形圖，Ⅱ車架上部分靜態(tài)分析等效應(yīng)力模型，Ⅱ梁下蓋板的應(yīng)力值，Ⅱ靜態(tài)位移分析云圖。Ⅱ車架上部分靜態(tài)分析等效應(yīng)力模型由圖可以看出最大應(yīng)力值為195MPa，超過了理論計(jì)算值的兩倍，這是由于車架重載下產(chǎn)生的局部的應(yīng)力集中情況。這種情況在理論計(jì)算中不容易很好解決，故可以說是一種特例。，與理論計(jì)算值較為接近。工況Ⅱ下車架靜強(qiáng)度也滿足使用要求。Ⅱ梁下蓋板的應(yīng)力值 Ⅱ靜態(tài)位移分析云圖。，最大變形量值小于理論計(jì)算值?？梢钥闯?，盡管瞬間沖擊載荷較大，但由于產(chǎn)生的這些變形不大，不會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出軸、減速器與車輪之間的傳動(dòng)配合產(chǎn)生不利影響。 鋼包有限元分析模型的建立鋼包受到鋼水對(duì)內(nèi)壁及底部的壓力，通過網(wǎng)格劃分，施加面載荷可對(duì)其進(jìn)行有限元分析。鋼包側(cè)壁所受鋼水壓力，底部所受壓力體同樣可有如下公式： 材料特性和單元屬性的確定選擇Preprocessor—Add/Edit/Delete—Add，定義單元屬性為Solid，Brick 8node 45，點(diǎn)擊Material props—Material Models，接著繼續(xù)點(diǎn)擊structural—linear—Elastic—Isotropic，定義EX為2e11。 鋼包網(wǎng)格劃分選擇自由網(wǎng)格劃分，單元大小設(shè)置為1。 鋼包網(wǎng)格信息 邊界約束選擇solution—Define Loads—Apply—Structual—Displacement—On Areas，選擇兩個(gè)吊耳處的圓柱面建立約束，約束類型為All DOF。 施加載荷鋼包側(cè)壁載荷的施加要先建立一個(gè)梯度，點(diǎn)擊gradient，打開對(duì)話框，由圖中位置所知，定義起始點(diǎn)為0，最大壓力值為220000Pa，由于壓力沿鋼包內(nèi)壁往下遞減。定義好梯度后，就要選擇內(nèi)壁和底部為加壓力面，選側(cè)壁時(shí)，彈出對(duì)話框，輸入最大壓力值為220000Pa，底部壓力輸入值為220000Pa。由圖中可以看出，鋼包所受最大應(yīng)力與最大變形量均較小，這是由于本課題并沒有考慮熱應(yīng)力的影響，只是考慮了簡單的液體壓強(qiáng)產(chǎn)生的變形和應(yīng)力變化。 鋼包靜態(tài)位移分析云圖 鋼包靜態(tài)等效應(yīng)力應(yīng)力圖第5章 鋼包臺(tái)車的車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 概述鋼包臺(tái)車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般是在原有車型車架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)某些結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)和布置而完成的，傳統(tǒng)的車架設(shè)計(jì)多采用類比的方法，而現(xiàn)代的車架設(shè)計(jì)中廣泛采用有限元分析的方法。但是在實(shí)際車架設(shè)計(jì)中存在著這樣的問題，即對(duì)于車架結(jié)構(gòu)中，某些應(yīng)該減少、減薄材料的構(gòu)件，因無明確依據(jù)，生產(chǎn)中多不敢實(shí)施，這樣下來鋼包臺(tái)車車架雖經(jīng)過了改進(jìn)設(shè)計(jì)，車架的重量仍不能減少，車架材料得不到充分的利用。因此，在保證車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度的前提下，合理的進(jìn)行車架優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到輕量化的目的，對(duì)車架的設(shè)計(jì)具有重要的意義。 鋼包臺(tái)車車架的優(yōu)化方法所謂優(yōu)化方法，就是在保證產(chǎn)品達(dá)到某些性能目標(biāo)并滿足一定約束條件的前提下:，通過改變某些允許改變的設(shè)計(jì)變量，使產(chǎn)品的指標(biāo)或性能達(dá)到最期望的目標(biāo)。而鋼包臺(tái)車車架設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析方法是車架結(jié)構(gòu)分析指導(dǎo)車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種方法，其內(nèi)容可以是車架結(jié)構(gòu)的任意性能參數(shù)，如板厚、梁的截面屬性等。具體改變的尺寸為：將鋼板的厚度減小至15mm，梁的截面橫向長度增加3mm。之后對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，施加靜向載荷。，靜態(tài)等效應(yīng)力應(yīng)力圖。，小于理論計(jì)算值，最大變形位置仍在梁的下蓋板處。，梁下蓋板處應(yīng)力為45MPa，相比優(yōu)化前有所增加，但仍滿足使用要求，且使鋼材得到了最大化的利用。結(jié)論本論文對(duì)120t鋼包運(yùn)輸臺(tái)車車架進(jìn)行了強(qiáng)度分析。在靜強(qiáng)度方面，分析了車架在幾個(gè)工況下的應(yīng)力分布和受力情況。同時(shí)，也分析了鋼包在鋼水液壓力下的受力變形與應(yīng)力分布。首先對(duì)臺(tái)車車架強(qiáng)度進(jìn)行了理論公式計(jì)算，利用傳統(tǒng)的方法得出了最大應(yīng)力值和最大變形量及發(fā)生的位置。其次采用有限元分析的方法對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在車架建模方面，使用軟件進(jìn)行精確的三維幾何建模。有限元分析采用ANSYS軟件進(jìn)行應(yīng)力分析。得出了車架在靜載工況下的靜態(tài)應(yīng)力分布，分析了各種工況下車架的危險(xiǎn)部件和最大應(yīng)力值，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供了方向。本文還運(yùn)用了ANSYS軟件的優(yōu)化功能，對(duì)鋼包臺(tái)車車架質(zhì)量進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并取得了滿意的效果。參考文獻(xiàn)[1]田乃媛，薄板坯連鑄連軋，冶金工業(yè)出版社，1998年[2]熱軋帶鋼廠工藝技術(shù)規(guī)程，鞍山鋼鐵集團(tuán)公司發(fā)布， 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