XZ3750G车架有限元分析报告20130530.docx

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 PAGE18/18 目 录 1、分析背景 2 2、基本模型建立 2 3、载荷及约束条件处理 3 4、工况分析与计算 4 5、模型更改优化 15 6、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ｕ=0.3，屈服强度 σs=550MPa，抗拉强度σb≧640MPa。 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100.2MPa，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