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車(chē)架作為車(chē)輛的承載主體，支撐著發(fā)動(dòng)機(jī)、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車(chē)身和貨箱等所有彈簧上與質(zhì)量有關(guān)的機(jī)件，承受著傳給它的各種力和力知，其可靠性關(guān)系到整車(chē)能否正常行駛，以及整車(chē)的安全性。當(dāng)今，對(duì)汽車(chē)輕量化和降低成本的要求越來(lái)越高，為同時(shí)滿(mǎn)足這些要求，以往的經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比法己經(jīng)不適用，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)普遍將有限元法應(yīng)用到車(chē)架的強(qiáng)度分析中，應(yīng)用有限元分析軟件對(duì)半掛車(chē)車(chē)架進(jìn)行了強(qiáng)度分析。
1半掛車(chē)車(chē)架模型的建立
UG采用基于特征和約束的建模技術(shù)，具有交互建立和編輯復(fù)雜實(shí)體模型的能力，可以快速地進(jìn)行概念設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。使用自底向上的建模方法，即由已建立的單個(gè)部件的三維模型逐級(jí)地進(jìn)行組裝，最后組成裝配件。裝配時(shí)按照由小到大由前到后的順序裝配好各個(gè)組件。裝配的先后順序是：主縱梁—前后端梁—貫通稱(chēng)—邊梁—邊稱(chēng)—牽引板稱(chēng)—邊斜稱(chēng)—中間稱(chēng)—牽引板—支架—懸架斜稱(chēng)。裝配完成后對(duì)車(chē)架各零部件進(jìn)行布爾求和運(yùn)算。在考慮模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析類(lèi)型和精度要求后對(duì)車(chē)架模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，如圖所示。
2靜態(tài)分析
2.1邊界條件處理
依據(jù)所選擇建立的有限元模型，參考設(shè)計(jì)要求和具體使用情況。根據(jù)半掛車(chē)車(chē)架實(shí)際使用約束位置，不考慮鋼板彈簧的作用，作以下約束處理：
1) 在半掛車(chē)車(chē)架前后支架的吊耳孔處采用全約束；
2) 在罐體前部將牽引銷(xiāo)板的孔處采用全約束；
3) 在結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)而上用對(duì)稱(chēng)約束。
2.2靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果及其分析
車(chē)架總體采用彈性模量E=2.1E10MPa，泊松比0.3，屈服強(qiáng)度235MPa，抗拉強(qiáng)度275-460 MPa的碳素鋼Q235。在有限元分析過(guò)程中經(jīng)處理得車(chē)架總體應(yīng)力分布云圖，位移分布云圖。
由應(yīng)力分布云圖可知:整個(gè)車(chē)架的總體應(yīng)力較小，只是在部分區(qū)域應(yīng)力較集中，包括前支架與車(chē)架連接區(qū)域、牽引銷(xiāo)孔處和邊稱(chēng)和主縱梁連接部分。如圖所示可看出最大應(yīng)力集中在后部懸架支架附近區(qū)域和牽引銷(xiāo)孔處，其大小為51.8MPa，半掛車(chē)車(chē)架所選鋼材的屈服極限為235 MPa，可知車(chē)架上最大應(yīng)力值遠(yuǎn)小于材料的屈服極限。所以從靜態(tài)角度講車(chē)架的強(qiáng)度滿(mǎn)足車(chē)架的性能要求，可減少貫通稱(chēng)和邊斜稱(chēng)數(shù)量，以節(jié)約生產(chǎn)成本，減少浪費(fèi)。
由應(yīng)變分布云圖可知：整個(gè)車(chē)架的總體應(yīng)變較小，只是在車(chē)架邊縱梁中部附近區(qū)域變形相對(duì)較大，其最大變形值是2.128 mm，如圖所示。所以從靜態(tài)角度講車(chē)架的剛度也滿(mǎn)足使用要求，只是在車(chē)架中部變形相對(duì)較大，可以適當(dāng)增加此位置上主縱梁、邊縱梁和貫通稱(chēng)的剛度，以減小車(chē)架變形。
3模態(tài)分析
3.1模態(tài)分析前處理
由于實(shí)際支撐條件下的有限元分析很難實(shí)施，而從理論上講，可以通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方法得到任意約束邊界條件下的特性。因此車(chē)架有限元模態(tài)分析不采用任何約束，以求接近模態(tài)試驗(yàn)效果。
計(jì)算頻段的選擇應(yīng)考慮到車(chē)架在實(shí)際運(yùn)行條件下可能出現(xiàn)的激振頻率范圍。而高頻模態(tài)貢獻(xiàn)的大小取決于激振頻率和激振力的分布狀態(tài)。因此，計(jì)算頻段應(yīng)略高于激勵(lì)力的頻帶。考慮到實(shí)際的運(yùn)行速度、路面條件、車(chē)架、其他部件，以及綜合分析的需要，選取前十階模態(tài)固有頻率作為其計(jì)算頻段。
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