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平板拖車是對貨物進(jìn)行水平運(yùn)輸?shù)陌徇\(yùn)工具，由牽引車、叉車、拖拉機(jī)等提供牽引動(dòng)力。為了滿足拖車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化的要求，拖車車架承載了使用過程中的所有載荷，是重要的受力元件，因此，要求車架具有很高的剛強(qiáng)度。為了確保結(jié)構(gòu)的可靠性及系統(tǒng)的安全性，必須對車架進(jìn)行剛強(qiáng)度分析和有限元分析，為進(jìn)一步完善和優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。因此，拖車車架的剛強(qiáng)度特性分析具有舉足輕重的作用。
有限元模型的建模精度對分析結(jié)果的影響很大，模型的好壞甚至決定了分析結(jié)果的應(yīng)用價(jià)值。建模的方法有兩種：一種是將車身骨架簡化為由梁單元組成的框架結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是模型處理速度快，缺點(diǎn)是復(fù)雜結(jié)構(gòu)處的真實(shí)情況不能詳細(xì)的反映，計(jì)算結(jié)果比較粗略；另外一種方法是將車身簡化為板殼，其優(yōu)點(diǎn)是能相對真實(shí)的反映連接部件的情況，缺點(diǎn)是前期處理工作量大，計(jì)算時(shí)間長。本文主要采用板殼分析和梁單元分析相結(jié)合的方式建立有限元模型并進(jìn)行分析，在ANSYS中通過梁單元分析來確定方案，再在HyperWork中通過板殼模型進(jìn)行校核，以確保結(jié)果的可靠性。
板殼模型的建立采取抽取中面的方法，將U形槽鋼、矩形方管等視為無厚度的板殼，沿著厚度的一半抽殼。該拖車主要由三組主梁與橫梁焊接而成，還包括回轉(zhuǎn)支撐、回轉(zhuǎn)架與一定數(shù)量的桿件和鋼板件。其中主梁兩端高度不同，中間由梯形過渡部分連接，如圖所示�；剞D(zhuǎn)支撐和回轉(zhuǎn)架安裝在主梁高度較低的一端，此處為應(yīng)力集中區(qū)域，輕量化時(shí)應(yīng)保證其強(qiáng)度與剛度。在UG中構(gòu)建拖車的三維結(jié)構(gòu)模型，需要對模型作以下適當(dāng)?shù)暮喕幚恚篴.忽略拖車上的平板(忽略平板后，均布載荷施加在梁上)，由于忽略車身上的平板對車身總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的加強(qiáng)作用。這將使結(jié)果偏于安全。b.忽略某些對車身結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力分布影響較小的非承載構(gòu)件，如插桿、小墊塊等。c.對小弧度的圓角做適當(dāng)?shù)暮喕幚�。d.對懸架系統(tǒng)，忽略其具體的結(jié)構(gòu)，僅用剛性梁和柔性梁代替。根據(jù)上述簡化原則，首先建立完整的拖車結(jié)構(gòu)模型。再將模型生成的.igs文件導(dǎo)人Hyperwork軟件中進(jìn)行幾何清理，保證模型各部分正確的耦合和連接。
在建立有限元模型的過程中，由于支架上的安裝吊環(huán)、橫梁與縱梁上用于墊平的小墊塊、車架上橫梁與縱梁垂直相交處的小撐角板等車身上的非承載力的小零部件的自重較輕，且它們的安裝位置和功用決定了它們對整體車身結(jié)構(gòu)變形的作用很小，因此不必完全按照車身的實(shí)際結(jié)構(gòu)來建，在此忽略不計(jì)。對于拖車梁模型分析，在建立有限元模型時(shí)可采用自底向上的建模方法，即先生成關(guān)鍵點(diǎn)，再生成線。在ANSYS中畫出拖車的線框模型，建模時(shí)注意梁的節(jié)點(diǎn)的連接，以確保單元的連續(xù)性。在構(gòu)建有限元模型時(shí)應(yīng)注意：a.保證各部分的共點(diǎn)共線共面，以確保網(wǎng)格的連續(xù)性。b.主車架和回轉(zhuǎn)車架之間采用mpc 184單元進(jìn)行連接，模擬焊接的效果，這與點(diǎn)對點(diǎn)剛性連接的方式相比，可以降低結(jié)果誤差。幾何模型與最終建立的有限元模型如圖所示。模型的板殼分析有75343個(gè)單元，其中she1163單元為65730個(gè)，beam188單元為60個(gè)，solid95單元為9019個(gè)，combine14單元為20個(gè)，mpc184單元為514個(gè)；梁單元分析有36145個(gè)單元，其中beam188單元為5001個(gè)，solid187單元為30522個(gè)，combine14單元為20個(gè)，mpc184單元為602個(gè)。
根據(jù)企業(yè)提供的資料，該型五軸平板拖車的材料為Q235鋼，屈服強(qiáng)度為235MPa，其許用應(yīng)力為屈服極限與安全因數(shù)之比。為使結(jié)構(gòu)在使用過程中不發(fā)生破壞，也不會(huì)產(chǎn)生損害其性能的變形，載荷在各部件上產(chǎn)生的應(yīng)力必須限制在其許用應(yīng)力之下。鑒于拖車主要行駛于廠區(qū)和港口等地，一般為低速行駛，故暫不考慮加速和制動(dòng)工況，僅考慮靜態(tài)工況。將拖車載重60 t及上面板2.5 t的重量視為均布載荷，主要考慮以下三種工況：a.工況一，將62.5 t的載荷均勻加載于前后車軸中心之間。此工況主要模擬拖車在正常行駛時(shí)的應(yīng)力分布和變形情況。主要是對拖車滿載狀態(tài)下，所有輪著地時(shí)的結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度及剛度進(jìn)行校核。b.工況二，考慮相對集中的均布載荷情況，將62.5 t的載荷均勻加載于前后輪內(nèi)側(cè)。此工況主要模擬拖車加載時(shí)可能遇到的載荷集中的情況，對其在集中載荷情況下的結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度及剛度進(jìn)行校核。c.工況三，鑒于拖車在運(yùn)行過程中，遇凹凸路面致使輪胎托空，在工況一的載荷下，隨機(jī)懸空三個(gè)車輪的約束。此工況模擬的是拖車行駛時(shí)，由于車輪遇到路面上的突出物或凹坑，使左右車輪接地點(diǎn)出現(xiàn)高度差時(shí)，拖車承受的非對稱載荷，是對拖車車架扭轉(zhuǎn)工況的校核。
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