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人力清掃在我國非主干道的清潔作業(yè)中占主體，這種作業(yè)方式清掃效率低并且浪費(fèi)了大量人力。隨著太陽能技術(shù)的發(fā)展，小型自動太陽能清潔車已經(jīng)在一些城市得到良好應(yīng)用。太陽能清潔車依賴車頂部太陽能板獲得太陽能，完成路面清掃、垃圾回收及垃圾運(yùn)輸作業(yè)。
某型號太陽能清潔車結(jié)構(gòu)，如圖所示。考慮太陽能板與蓄電池的效率，應(yīng)盡可能減輕車體重量。車架是太陽能清潔車的主要承載部件，工作中支承清潔車各部件的重量且要承受地面?zhèn)鱽淼姆醋饔昧�。因此，車架在輕量化的同時應(yīng)保進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度分析。
太陽能驅(qū)動清潔車車架為復(fù)合框架結(jié)構(gòu)，采用薄鋼板焊接而成。在利用有限元法進(jìn)行車架強(qiáng)度分析時，國內(nèi)目前多用節(jié)點(diǎn)共用或beam單元模擬焊點(diǎn)，國外有利用傘狀焊點(diǎn)模型模擬焊點(diǎn)的案例。利用CATIA對車架進(jìn)行三維建模，采用HyperMesh對車架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用節(jié)點(diǎn)共用及CWELD單元模擬焊點(diǎn)的形式建立兩種有限元模型進(jìn)行強(qiáng)度分析，對比計算結(jié)果，校核車架強(qiáng)度。
數(shù)模的建立主要利用CATIA中Part模塊進(jìn)行建模，Product模塊進(jìn)行模型裝配。經(jīng)分析，車架由多個橫梁、縱梁焊接連接而成，為了便于在后續(xù)有限元分析中建立不同連接形式，在建模時將各橫梁及縱梁分別建成為不同的Part，再根據(jù)實(shí)車裝配位置在product中進(jìn)行裝配。三維模型，如圖所示。
在確保有限元分析精度的前提下，為了提高分析計算的效率，在模型導(dǎo)入后需對車架結(jié)構(gòu)作適當(dāng)?shù)暮喕?01。主要包括：
(1)略部分非承載構(gòu)件，如前車架前側(cè)半圓擋圈；
(2)忽略對車架整體力學(xué)性能影響較小的細(xì)節(jié)，如車架上半徑3mm以下的孔、過渡圓角或倒角等；
(3)對模型進(jìn)行理想化狀態(tài)假設(shè)，假定車架的材料是連續(xù)均勻各向同性的完全彈性體。簡化后需要對模型進(jìn)行幾何清理。
清潔車車架所用鋼板較薄，采用殼單元進(jìn)行分析。HyperMesh在網(wǎng)格劃分方面提供了大量的網(wǎng)格劃分工具及網(wǎng)格質(zhì)量檢查工具。選用2D單元對車架劃分網(wǎng)格，單元類型為shell，殼單元厚度為1.5m。材料為16MnL，彈性模量2.1 xe5MPa，泊松比為0.3，密度為7.8xe6kg/m，
對于車架這樣的結(jié)構(gòu)，大部分分析采用節(jié)點(diǎn)共用的一體化分析方式，即將車架作為一個整體忽略各部分連接細(xì)節(jié)。作為初步校核，首先采用整體式連接共14428個節(jié)點(diǎn)，14135個單元。
邊界條件是實(shí)際工況在有限元模型中的表現(xiàn)形式。它是否符合實(shí)際在很大程度上決定了計算結(jié)果的精度。
該太陽能驅(qū)動清潔車車架主要承載部件有垃圾斗、垃圾箱及蓄電池。在建立載荷約束時主要針對垃圾斗及垃圾箱滿載情況下的受力進(jìn)行模擬分析、具體載荷分布，如表所示。
車輛滿載靜止時的靜強(qiáng)度分析即模擬在滿載狀態(tài)下，三輪著地時的狀態(tài)。邊界條件如圖中三角處所示：
(1)約束左右車輪軸承處的X，Y，Z方向的自由度；
(2)約束后支架后端支撐處的X，Y，Z方向的自由度；
CWELD焊點(diǎn)模型是由一具有剪切柔性的梁單元構(gòu)成。梁單元的節(jié)點(diǎn)分別位于焊接連接的兩個單元節(jié)點(diǎn)上，連接方式，如圖所示。
焊接單元的節(jié)點(diǎn)具有平動和轉(zhuǎn)動特性，即撓度。和截面轉(zhuǎn)動角度8°，其值可以通過與之相連的殼單元節(jié)點(diǎn)的平動和轉(zhuǎn)動數(shù)值插值得到關(guān)系，對于焊接單元，外力即等效到節(jié)點(diǎn)在計算焊接節(jié)點(diǎn)力時要計算節(jié)點(diǎn)的內(nèi)外力上的外載荷，內(nèi)力即單元節(jié)點(diǎn)力，即單元與節(jié)點(diǎn)相連的內(nèi)力。
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