XZ3750G车架有限元分析报告20130530

1、XZ3750G矿用自卸车车架有限元分析报告徐州徐工特种汽车有限公司2013年05月30日XZ3750G车架有限元分析报告目 录1、分析背景22、基本模型建立23、载荷及约束条件处理34、工况分析与计算45、模型更改优化156、结论16资料来源编 制校 对标准化提出部门审 定矿用车研发部批 准标 记处 数更改文件号签 字日 期职 责签 字日 期一、分析背景矿用自卸车工作环境恶劣，车架作为承载基体，在装载、运输和卸载过程中承受主要的载荷，是重要的受力件。矿用车的大部分部件，如动力总成、驾驶室、货箱等都与车架直接相连，在车辆行驶过程中，车架会承受来自地面的冲击载荷以及扭转、弯曲等各种载荷产生的弯矩和

2、剪力。因此，车辆正常行驶，必须保证车架具有足够的强度和刚度。此处应用有限元软件Hypermesh和ABAQUS建立XZ3750G车架模型，对其进行分析计算，并对其进行结构优化。XZ3750G型矿用车车架几何模型如下图示：图1、XZ3750G车架几何模型二、基本模型建立车架材质为Q550D为主，弹性模量E=2.1E5MPa，泊松比=0.3，屈服强度s=550MPa，抗拉强度b640MPa。将由Catia中建立的车架模型导入Hypermesh中，抽取中面，去除一些非承载件及小特征，几何简化之后，以25mm为单元长度，四边形单元为主（S4R），三角形单元（S3）为辅，划分网格。横梁与纵梁之间、纵梁内

3、板与外板之间的焊接用运动耦合或MPC-BEAM单元模拟，后铰轴和板簧支座采用实体网格（C3D4、C3D6和C3D8）划分。建立有限元网格模型，共计生成节点88199个，单元204526个，生成的网格图如下示：图2、XZ3750G车架有限元网格图三、载荷及约束条件处理汽车行驶过程中要承受各种载荷的作用，在建立车架有限元模型时必须合理处理，以模拟真实情况。此处，驾驶室、发动机与变速箱总成、油箱重均以集中力载荷加至其质心处，车箱与货物按其重心位置，均布等效施加于于车架左右纵梁上。车架自重以重力载荷的形式加载于其自身。主要载荷如下表示：名称重量（Kg）驾驶室1000动力总成1300油箱与托架450货物

4、与车箱60000表1、矿用车主要质量参数悬架系统和轮胎参照相关文献，简化为两个垂直弹簧（springA）和一个大刚度平衡梁，并以主从节点单元模拟弹簧端点与对应吊耳处节点之间的关系。支承点取在前后板簧等效梁中心。并以前板簧刚度Kf=886N/mm、后板簧刚度Kr=6832N/mm赋予垂直弹簧其刚度系数。建立的车架总体有限元模型如下图示：图3、XZ3750G车架有限元模型四、工况分析与计算1、水平弯曲工况弯曲工况主要模拟车辆在水平路面行驶时的情况，此工况下，约束各支承点的6个方向自由度。建立的有限元模型如上图示。将由以上建立的inp文件导入ABAQUS中计算，得到车架位移云图如下示：图4、弯曲工况

5、下车架位移变形云图由图知，最大位移变形量为40.71mm，主要表现为车架整体随载荷的下压产生的位移。得到其等效应力云图如下示：图5、弯曲工况下车架等效应力云图由图知，最大应力为64.29MPa，出现在平衡悬架与纵梁加强板的焊接位置，如下示：图6、水平弯曲工况下车架的最大应力位置2、左前轮悬空此工况下，释放左前轮的所有自由度，约束其他轮胎处的所有自由度。由ABAQUS计算，得到此工况下，车架的位移变形云图如下示：图7、左前轮悬空时车架位移变形云图由图知，最大变形量为76.90mm，出现在首横梁左侧，即悬空侧。车架的等效应力云图如下示：图8、左前轮悬空时车架等效应力云图由图知，最大等效应力为100

6、.2MPa，出现在悬空侧平衡悬架与车架纵梁加强板的焊接位置，如下图示：图9、左前轮悬空时车架的最大应力位置3.左前轮抬高此工况主要考虑左前轮抬高时，车架整体扭转情况。将左前轮Z向自由度强制设置为200mm，其余约束同水平弯曲，得到车架的变形云图如下示：图10、左前轮抬高时车架变形云图由图知，最大变形量为200mm，即左前轮强制抬高处。车架的等效应力云图如下示：图11、左前轮强制抬高时车架等效应力云图由图知，最大等效应力值为258.7MPa，出现在抬高侧第二板簧后支座与车架的连接位置，如下示：图12、左前轮抬高时的车架最大应力位置4.中间轮悬空此工况时，模拟车架中间一轮悬空时，车架的整体弯曲扭转

7、情况。释放左侧中间轮的所有自由度，其余同水平弯曲工况。得到车架的位移云图如下示：图13、中间轮悬空时车架的变形云图最大位移量为55.37mm，出现在悬空侧车架首横梁处。车架的等效应力云图如下示：图14、中间轮悬空时车架的等效应力云图由图知，最大等效应力为95.3MPa，出现在悬空侧平衡悬架与纵梁加强板的焊接位置，如下图示：图15、中间轮悬空时车架的最大应力位置5.中间轮抬高200mm此工况下，强制中间轮Z向位移为200mm，其余约束同水平弯曲工况。得到车架的变形云图如下示：图16、中间轮抬高200mm时车架的变形云图最大位移量为中间强制抬高的轮胎处，为200mm。车架的等效应力云图如下示：图1

8、7、中间轮抬高200mm时车架的等效应力云图由图知，最大等效应力为178.9MPa，出现在第三横梁与内侧板的焊接处，如下图示：图18、中间轮抬高200mm时车架的最大应力位置6.后轮同时抬高100mm因后轮为平衡悬架，故将其同时抬高100mm，即对后轮支承点给予Z向强制位移100mm,得到车架的变形云图如下示：图19、右后轮抬高时车架的总体变形云图由图知，此工况下，车架的最大位移量为后轮抬高处，即100mm。车架的等效应力云图如下示：图20、右后轮抬高时车架的等效应力云图由图知，最大等效应力为260.1MPa，出现在平衡悬架与纵梁加强板的焊接位置，如下图示：图21、右后轮抬高时车架的最大应力位

9、置7举升工况由相关文献及计算知，车箱举升时，当车厢刚离开车架纵梁面时，车架受力情况最严重。故此处仅考虑此极限工况。此时，车厢及货物的重量将施加于后铰轴及前油缸支座处，轮胎约束情况同水平弯曲工况，建立有限元模型如下图示：图22、举升工况有限元模型计算后，得到车架的变形云图如下示：图23、举升工况时车架的变形云图由图知，举升工况下，车架的最大位移变形量为50.23mm，出现在车架首横梁端。车架的等效应力云图如下示：图24、举升工况下车架的等效应力云图由图知，车架的最大等效应力为341.4MPa，出现在后铰轴支座与铰轴焊接处，如下图示：图25、举升工况下车架的最大应力位置五、模型更改优化由以上分析知

10、，在水平弯曲及各项扭转工况下，车架整体应力均小于材料的屈服强度。举升工况时，后铰轴支座与铰轴焊接位置处出现较大应力值，应在局部考虑加强。为加强承载，在后铰座与铰轴位置加斜向10mm厚撑板（共4块），形成一封闭结构，建立的车架尾部有限元网格模型如下图示：图26、后铰座更改后的有限元网格图由以上模型建立inp文件，导入ABAQUS中计算后，得到在举升工况下，车架整体的等效应力云图如下示：图27、模型更改后车架在举升工况下的应力云图由图知，最大应力为237.3MPa，小于材料屈服强度，最大应力出现在平衡悬架与加强板的焊接位置，如下图示：图28、模型更改后车架在举升工况下的最大应力位置六、结论将上述计

11、算结果汇总，如下表所示：工况最大变形量最大位移位置最大应力最大应力位置是否符合设计要求水平弯曲40.71mm整体下压位移64.29MPa平衡悬架与纵梁加强板的焊接位置安全左前轮悬空76.90mm悬空侧首横梁端100.2MPa悬空侧平衡悬架与纵梁加强板的焊接位置安全左前轮抬高200mm200mm左前轮强制抬高处258.7MPa抬高侧第二板簧后支座与车架的连接位置安全中间轮悬空55.37mm悬空侧车架首横梁处95.3MPa悬空侧平衡悬架与纵梁加强板的焊接位置安全中间轮抬高200mm200mm中间轮强制抬高处178.9MPa第三横梁与内侧板的焊接处安全后轮同时抬高100mm100mm后轮抬高处260.1MPa平衡悬架与纵梁加强板的焊接位置安全举升工况50.23