某自卸车副车架有限元静态分析

1、制造业信息化仿真/建模/CAD /CAM /CAE /CAPPMA NUFACTURING INFORMATIZATION某自卸车副车架有限元静态分析朱峰，侯静，林吉靓（开封大学，河南开封475004）摘文中针对某型自卸车副车架在其使用中出现疲劳裂纹的情况，利用ANSYS 对其进行有限元分析，得到其受力要：情况，找出了副车架疲劳裂纹产生的原因，为厂家提出结构改进提供了重要的数据支持。副车架；疲劳裂纹；ANSYS 关键词：中图分类号：T P391.7文献标识码：AZHU Feng,文章编号：10022333（2009）06003902HOU Jing,LIN Ji-jingStatic Fini

2、te Element Analysis of Vice-frames of an Automaticly Unloading Vehicle（Kaifeng University, Kaifeng 475004，China ）Abstract ：The article analyzes the vice-frames of an automaticly unloading vehicle ，which are in the case of fatigue crack ，using the ANSYS ，and obtains the results of the forces. Then th

3、e cause of vice-frames' fatigue crack is find.And it provides important data support for the factory.Key words ：vice-frames; fatigue crack; ANSYS某型自卸车是某集团公司设计生产的供野外作业的重型运输车辆，由于设计上的缺陷，该车在恶劣工况下使用3-5个月后便图1纵梁宽度转折处焊缝开裂22.1副车架有限元模型的建立三维实体模型建立自卸车车架是一个图4简化后的副车架复杂的空间薄壁结构，本文在不影响其力学特性的前提下对其简化，如认为焊接质量是可靠的，将

4、焊缝和各结构部件看作架如图5所示。2.2车架材料特性出现了副车架纵梁宽度转折处和方横梁处图5简化后的副车架），有时甚至发生断裂，酿成断大梁焊缝开裂（如图1所示甚至翻车的大事故。本文针对这一问题对副车架在弯扭联合工况下进行了有限元计算，找出副车架疲劳裂纹产生的原因。1自卸车副车架结构车架前端 9 01方横梁圆柱横梁761车架后端圆形横梁挡块一个连续体来处理。处理后的副车架如图4所示和副车副车架上横纵梁的材料是16MnL ，弹性模量E =210GPa ，泊松比=0.3，密度=7.8×10-3g/mm3，最小屈服强某型自卸车的副车架起连接主车架和货箱车架后端圆形横梁挡块761度345MPa

5、 ，最小抗拉强度510MPa ，最大抗拉强度610MPa 。由于自卸车的工作环境恶劣，选安全系数为1.2。2.3车架有限元模型网格划分其支持大变形、大应变等非采用线性单元SO L ID45，线性分析，在受力分析中可以得到良好的精度。把网格划分设为30mm ，并对重要区域，如连接部位、截面变化区域和可能出现应力集中的地方则要进行网格的细化。2.4载荷施加自卸车车架整体受力比较复杂，本文主要是在弯扭联合工况下对自卸车副车架结构作有限元静态分析，车表1名称前悬挂总成前轮制动器发动机总成水箱举升油缸20072012001101504691图2副车架示意图圆柱横梁车架前端方横梁901的作用，旨在确保主车

6、架载荷的均匀分布，增4691图3副车架示意图加主车架的强度和刚度。副车架有两种，长约为4.7m ，副车架的纵梁放在主车架纵梁的上翼面上，纵梁为槽形，前后部做成等截面。纵梁内有槽形衬梁，反扣在纵梁里，根据所受力不同分为4段。副车架共有6根横梁（如图2）。副车架共有4根横梁和一根X 型梁（如图3）。车架所受载荷及作用点名称中轮制动器后带制动器后悬挂总成油箱载重量重量/kg重心到前轴距离/mm110011003503501600038005250452530004000210-200-10004400重量/kg重心到前轴距离/mm机械工程师2009年第6 期39制造业信息化MA NUFACTURIN

7、G INFORMATIZATION仿真/建模/CAD /CAM /CAE /CAPP架所受载荷的具体情况见表1。33.1两种副车架的有限元分析结果自卸车的左前轮抬高20mm弯扭联合工况是指汽车在崎岖不平的路面上行驶时，图由于一个或多个车轮被抬高或下陷而产生扭转的情况。6、图7是副车架和副车架的等效应力云图。图10副车架等效应力云图图11副车架等效应力云图被抬高的一侧，该处应力值超过了300MPa ，这两处的Von-Mises 应力值超过了许用应力，经过长时间疲劳损失效；第坏，就会出现塑性变形以及裂纹，导致车架破坏、三处在车架左纵梁的宽度转折处，数值为263MPa 左右，图6副车架等效应力云图图

8、 7 副车架等效应力云图也很接近许用应力，此处是因为纵梁的形状变化而引起的应力集中。副车架也有三处应力比较大：第一处是车），已超过其材料的许用应架最后端，应力最大（331MPa 力，这是因为此处的结构不合理造成了应力分布不均；第第二处是在车架方形横梁右侧，应力值为184MPa 左右；三处是在车架左纵梁的宽度转折处，其应力值为221MPa 左右。由此可以看出两种副车架在满载时，左前轮和右后轮同时抬高20mm ，副车架的Von-Mises 应力明显比副车架大，尤其是副车架上两处的Von-Mises 应力值已超过其材料的许用应力，从而可能出现裂纹，尤其是焊接处，以至于副车架失效，而副车架除了几处较大

9、的Von-Mises 应力外，其它Von-Mises 应力分布情况基本相同。4结语根据对副车架的有限元静态分析可知：在满载时，副车架的最大应力已经超出了材料的许用应力，副车架在实际运输中，的最大应力也接近于材料的许用应力。由于副车架的纵梁最后端、方形横梁处和纵梁宽度转折处的应力过大，使得车架出现了裂纹，即使增加了焊接，也会因为应力集中，最终导致车架破坏。最大应力分布的情况与实际裂纹出现的位置相符，可知上面的分析接近车架的实际受力情况，其分析结果和数值计算可以作为车因为副车架后端是一个“X ”型横梁，架改进的理论依据。其采用对角线支撑，大大提高了副车架的抗扭刚度，因此在今后的改进中应以副车架为基

10、础做进一步的结构优化设计。本文对某型自卸车副车架的有限元分析方法和过程，适用于各类副车架的设计与分析，对提高我国自卸车的设计水平和行驶的安全性具有一定的指导意义。参考文献1赵峰.BJ3043型自卸车车架静动态有限元分析及结构改进D .济南：山东大学，2004.2周志革，王金刚. 轻型货车车架纵梁异常开裂原因的分析J . 汽车工程，2004（2）：229-232. 3高利. 现代车辆结构分析M . 西安：陕西科学技术出版社，1998.（编辑明涛）从分析结果得出副车架的最大Von-Mises 应力为370MPa ，已超过材料的屈服极限，其发生部位为车架后端第三横梁处，此处会出现塑性变形，经过长时间

11、疲劳损坏，可能出现裂纹，尤其焊缝更容易出现开裂。副车架最大Von-Mises 应力为199MPa ，低于其材料的许用应力，为许用应力的69%，在车架最后端，其余部位应力均比较小。3.2自卸车的左后轮抬高20mm图8、图9是对自卸车左后轮抬高20mm 的情况下的等效应力云图。图8副车架等效应力云图图 9 副车架等效应力云图结果显示：副车架最大Von-Mises 应力出现在车架后端，其值为396MPa ，已超过345MPa 的屈服极限，出现的原因是副车架后面的结构不合理；另一处是在车架方形横梁左侧，也就是车架被抬高的一侧，该处应力值为300MPa 左右，也超过了材料的许用应力，由于这个地方有焊缝，所以容易出现焊缝开裂。副车架的应力分布和副车架相似，最大应力值为244MPa ，接近许用应力，所以此处的焊缝容易出现开裂，在颠簸的路况上焊缝开裂的情况就会更严重。3.3自卸车的左前轮和右后轮同时抬高20mm图10、图11是对自卸车满载时左前轮和右后轮同时