【正文】 礦用自卸車車架靜態(tài)及動(dòng)態(tài)應(yīng)力數(shù)值模擬研究:[碩士學(xué)位論文],長(zhǎng)春:吉林大學(xué),20068. . . element analysis in professional practice. Comput. Methods Appl. Mech. :209～228 9. ,1994（8）:9～1210. 11. 鄧?yán)? 楊攀. UG NX 4 中文版模具設(shè)計(jì)專家實(shí)力精講. 12. Luque P,Mantaras suspensions in Vehicle (10):309～32013. 杜平安，甘娥忠，－原理、200414. 陳波，2002,17(4):76~8115. 王勛成，:清華大學(xué)出版社，199716. 張鐵山,胡建立,2001(6): 588605。最后進(jìn)行計(jì)算并得到了強(qiáng)度分析應(yīng)力云圖。座位上的乘客與座椅載荷分配到相近的節(jié)點(diǎn)上；發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等載荷則各自分配到相應(yīng)的支承節(jié)點(diǎn)上。為消除空間運(yùn)動(dòng)的六個(gè)自由度，將約束剛性單元在前后輪中心線位置的節(jié)點(diǎn)，作為整車約束。對(duì)于鋼板彈簧，將模擬前后板簧的彈簧元下端點(diǎn)分別固連在相應(yīng)的剛性單元上。再者,對(duì)該車架進(jìn)行有限元分析。模型中共包括37377個(gè)節(jié)點(diǎn)，72215個(gè)單元，以及459個(gè)剛性單元。由于車架通過(guò)前、后鋼板彈簧裝在車輪軸上，上面承受著發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、車箱及貨物等一系列垂直于框架平面的載荷，所以車架實(shí)際上是空間板架結(jié)構(gòu)。為車架強(qiáng)度的有限元分析打下了良好的基礎(chǔ)。本論文綜述了車架有限元分析技術(shù)的概況,介紹了車架的功用和要求,車架的類型和構(gòu)造,并重點(diǎn)闡述了車架的靜態(tài)分析,包括力學(xué)模型的選擇,車架的計(jì)算方法,等效載荷的簡(jiǎn)化。最后簡(jiǎn)單介紹了有限元法的應(yīng)用。本論文闡明了建立有限元模型的基本原則,即保證計(jì)算精度和控制模型規(guī)模。介紹了有限單元的形成,有限元法的基本思路,有限元法的計(jì)算步驟和有限元基本原理及公式。此外，在一些支架與縱梁連接處應(yīng)力較大，分別位于以下各點(diǎn)：后鋼板彈簧前支撐處：166Mpa；前鋼板彈簧后支撐與縱梁相交處：127Mpa；第一支架與縱梁連接處：；彎曲工況的相關(guān)圖示如下:——車身載荷分布圖靜載荷彎曲工況——車架應(yīng)力分布云圖圖靜載荷彎曲工況——車架位移分布云圖圖動(dòng)載荷車架彎曲位移分布云圖圖動(dòng)載荷車架彎曲應(yīng)力分布云圖車架在滿載、靜態(tài)、單輪懸空其他三輪水平狀態(tài)下，此時(shí)車架會(huì)承受較大的扭轉(zhuǎn)力矩。因此，在滿載情況下，一個(gè)前〔后〕輪懸空時(shí)施加在前（后）橋上的扭矩的作用，應(yīng)認(rèn)為是最嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)工況。(2)彎扭工況：車架遭受較劇烈的扭轉(zhuǎn)工況、一般是當(dāng)汽車以低速通過(guò)崎嶇不平路面時(shí)發(fā)生的。計(jì)算過(guò)程中各部分載荷重量如下：(1)動(dòng)力總成質(zhì)量（不包括車架）：220Kg；(2)車身質(zhì)量：650Kg；(3)貨箱質(zhì)量：300Kg；(4)乘員質(zhì)量：325Kg；車輛的使用工況雖然很復(fù)雜、但直接關(guān)系到車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的主要是彎曲和滿載扭轉(zhuǎn)(即彎扭)兩種工況。滿載時(shí)作用于車身結(jié)構(gòu)的載荷分別處理為：結(jié)構(gòu)自重、各裝備重量、乘客重量。10%之內(nèi)?；谏鲜隹紤]，有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間不可避免地存在有誤差。雖然在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為避免這些因素的影響，將應(yīng)變片盡量遠(yuǎn)離這些區(qū)域，但是影響仍然會(huì)存在。上述誤差都可以造成有限元理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果之間的差異。有限元分析過(guò)程中的誤差包括模型誤差和計(jì)算誤差。表1和表2分別列出了在彎曲和彎扭工況下計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值。實(shí)驗(yàn)工況為整車原地加載，加載過(guò)程中將300kg的重物均布在貨廂底板上，同時(shí)在車身前部駕駛室內(nèi)座椅上按照實(shí)際工況布置225kg的重物。金屬膠基電阻應(yīng)變片：規(guī)格，阻值為，靈敏系數(shù)為，邢臺(tái)金力傳感元件廠生產(chǎn)接線端子：邢臺(tái)金力傳感元件廠生產(chǎn)應(yīng)變儀型號(hào)：YJD——1型（具有靈敏系數(shù)補(bǔ)償功能），上海華東電子儀表廠生產(chǎn)平衡箱型號(hào)：P20R1型，上海華東電子儀表廠生產(chǎn)(5)感應(yīng)式標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變發(fā)生儀：DBYM——1型，廣東省科學(xué)院試驗(yàn)儀器廠動(dòng)力總成質(zhì)量（不包括車架）：220Kg；車身重量：650Kg；乘員重量：325Kg；貨箱重量：300Kg；6．4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比為驗(yàn)證有限元模型的正確性，對(duì)車架進(jìn)行了靜態(tài)彎曲強(qiáng)度測(cè)試。3)根據(jù)應(yīng)變儀所讀出的測(cè)點(diǎn)實(shí)際應(yīng)變值，利用公式即可獲得測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值。2)為保證測(cè)量精度，采用單片測(cè)量方法（另設(shè)補(bǔ)償片）。1)實(shí)驗(yàn)中采用應(yīng)變片測(cè)試技術(shù)。其中預(yù)調(diào)平衡箱對(duì)每片應(yīng)變片進(jìn)行預(yù)平衡處理,消除非車架變形產(chǎn)生的應(yīng)變,進(jìn)而通過(guò)靜態(tài)電阻應(yīng)變儀,讀出應(yīng)變片在車架變形作用下的應(yīng)變[27]。將應(yīng)變片用黏合劑貼在試件上,試件受力產(chǎn)生變形時(shí),應(yīng)變片也同時(shí)發(fā)生變形,其電阻隨之改變,即產(chǎn)生應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)。應(yīng)變片不僅能夠測(cè)量應(yīng)變,而且對(duì)于任何物理量,如力、轉(zhuǎn)矩、壓強(qiáng)、位移、溫度及加速度,只要能夠設(shè)法變?yōu)閼?yīng)變的相應(yīng)變化,都可以利用對(duì)應(yīng)的應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量,所以它在測(cè)試中應(yīng)用特別廣泛。試驗(yàn)原理及方法應(yīng)變片工作原理:電阻應(yīng)變片簡(jiǎn)稱為電阻片或應(yīng)變片。3)零部件試驗(yàn) 該試驗(yàn)主要考核其設(shè)計(jì)和工藝的合理性,測(cè)試其剛度、強(qiáng)度、磨損和疲勞壽命,研究材料的選擇是否合理。整車基本參數(shù)的測(cè)定也包括在整車試驗(yàn)范圍內(nèi)。有限元分析過(guò)程中，要有足夠的約束條件，以消除車架的整體剛性位移，求出車架結(jié)構(gòu)因變形而引起的各結(jié)點(diǎn)位移。6．2 邊界條件的處理由于輪胎剛度很大，可將它看成是剛性的，忽略它對(duì)結(jié)構(gòu)分析的影響。計(jì)算過(guò)程中采用3D四面體單元對(duì)車架的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并利用剛性單元將力施加到各相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上。為使薄板離散體系能較好地反映真實(shí)車架的變形情態(tài)，其相鄰單元各節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足變形連續(xù)條件。6．1 計(jì)算模型由于車輪軸通過(guò)前、后鋼板彈簧裝在車架上，車架上面承受著發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、車箱及貨物等一系列垂直于框架平面的載荷，所以車架實(shí)際上可視作空間板架結(jié)構(gòu)。通過(guò)分析可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：1)乘員和車架，貨箱和車架之間的作用力是以集中力的形式傳遞的；2)貨箱和車架共同承受彎曲載荷，貨箱承受能力與貨箱剛度有關(guān)。早期的車架強(qiáng)度計(jì)算是將車架簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁，只做彎曲強(qiáng)度的校核。且計(jì)算的前后處理工作量大；混合法是交替使用了有限元和矩陣立法。2)考慮接頭形狀有完全法和混合法。根據(jù)是否考慮接頭的真實(shí)形狀，邊粱式車架的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法可分為兩大類：1)不考慮接頭形狀有最小變形能法、Erz法、傳遞矩陣法和空間梁有限元法?？v梁和橫梁的聯(lián)結(jié)方式有焊接、鉚接和螺栓聯(lián)結(jié)等。這種模型使得對(duì)車架的分析計(jì)算更為精確，能為車架設(shè)計(jì)提供更為有利的幫助。組合單元模型則是既采用梁?jiǎn)卧膊捎冒鍤卧M(jìn)行離散。其優(yōu)點(diǎn)是：劃分的單元數(shù)目和節(jié)點(diǎn)數(shù)目少，計(jì)算速度快而且模型前處理工作量不大，適合初選方案。目前采用有限元分析模型一般有如下兩種：梁?jiǎn)卧Ｐ秃徒M合模型等。如果結(jié)構(gòu)離散化得恰當(dāng)，單元位移因數(shù)選取得合理，隨著單元逐步縮小，近似解將收斂于精確解。有限元的特點(diǎn)是始終以矩陣形式來(lái)作為數(shù)學(xué)表達(dá)式，便于程序設(shè)計(jì)，大量工作是由電于計(jì)算機(jī)來(lái)完成，只要計(jì)算機(jī)容量足夠，單元的剖分可以是任意的，對(duì)于任何復(fù)雜的幾何形狀，多樣化的載荷和任意的邊界條件都能適應(yīng)。 橫梁托架 4．4 完成模型把所有繪圖中使用的曲線和平面都移到一個(gè)不用的圖層，并將之隱藏。對(duì)于空間曲面則還要用掃略來(lái)做出。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的橫梁，則需要在鈑金狀態(tài)下做出草圖，形成薄板。如圖： 縱梁上的支架 4．3 繪制橫梁圓柱形的橫梁用軟管功能即可實(shí)現(xiàn)。然后再用邊倒角導(dǎo)出形狀，支架的形狀便出來(lái)了。 4．2 繪制支架建立基準(zhǔn)平面，再該基準(zhǔn)平面上用草圖功能畫(huà)出支架的平面形狀。如圖：由于采用的是三位投影的逆向操作的到的交線，即縱梁的外沿線，生成的空間曲線有兩個(gè)片體相交的到，則該曲線必然連貫。由于給定了二維圖形，故在建模模式下，用草圖功能，在草圖xc yc , yc zc平面上分別畫(huà)出車架縱梁的某一條外沿線在主視圖和俯視圖的投影，然后完成草圖，在建模(Modeling)中拉伸成片體，并使兩個(gè)片體相交，求交線，由此得到車架縱梁的輪廓線外沿線，并用相同的方法得到車架縱梁的四條外沿線。并行計(jì)算以及線性靜力，正則模態(tài)分析，模態(tài)及直接頻率響應(yīng)分析的分布式并行計(jì)算極大地提高分析速度，復(fù)特征值問(wèn)題速度提高3倍以上，虛擬質(zhì)量計(jì)算速度提高2倍以上，靜力氣彈分析(SOL144)速度提高30%以上[24] 4 車架三維模型的建立車架的模型是用CAD繪圖軟件UG建立的。類似超單元分析，高級(jí)對(duì)稱分析可大大壓縮大型結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題的規(guī)模，提高計(jì)算效果。，適用于所有的分析類型，如線性靜力分析、剛體靜力分析、正則模態(tài)分析、幾何和材料非線性分析、響徹云霄應(yīng)譜分析、直接特征值、頻率響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)分析、模態(tài)綜合分析(混合邊界方法和自由邊界方法)、設(shè)計(jì)靈敏度分析、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、線性、非線性傳熱分析等。超單元分析則在子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了重復(fù)和鏡像映射和多層子結(jié)構(gòu)功能，不僅可單獨(dú)運(yùn)算而且可與整體模型混合使用，結(jié)構(gòu)中的非線性與線性部分分開(kāi)處理可以減小非線性問(wèn)題的規(guī)模。8．多級(jí)超單元分析超單元分析主要是通過(guò)把整體結(jié)構(gòu)分化成很多小的子部件來(lái)進(jìn)行分析，即將結(jié)構(gòu)的特征矩陣(剛度、傳導(dǎo)率、質(zhì)量、比熱、阻尼等)壓縮成一組主自由度類似于子結(jié)構(gòu)方法，但較其相比具有更強(qiáng)的功能且更易于使用。7．流—固耦合分析流固耦合分析主要用于解決流體(含氣體)與結(jié)構(gòu)之間的相互作用效應(yīng)。眾所周知的飛機(jī)、直升機(jī)、導(dǎo)彈、斜拉橋及至高聳的電視發(fā)射塔、煙囪等需要?dú)鈩?dòng)彈性方面的計(jì)算。基于一維、二維、三維熱分析單元，、對(duì)流、輻射、相變、熱控系統(tǒng)在內(nèi)所有的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，并真實(shí)地仿真各類邊界條件，構(gòu)造各種復(fù)雜的材料和幾何模型，模擬熱控系統(tǒng)，進(jìn)行熱—結(jié)構(gòu)耦合分析。用戶可通過(guò)改變發(fā)熱元件的位置、提高散熱手段、或絕熱處理或用其它方法優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能。：幾何非線性分析、材料非線性分析、非線性邊界(接觸問(wèn)題)、非線性瞬態(tài)分析等。類似地，非線性分析還可解決蠕變問(wèn)題，這點(diǎn)對(duì)于高聚合塑性和高溫環(huán)境下的