半挂牵引车车架强度的有限元分析
半挂牵引车整车结构有限元分析的开题报告
半挂牵引车整车结构有限元分析的开题报告一、研究背景和意义随着交通运输业的发展，半挂牵引车的使用越来越广泛，而对其安全性能的研究也越来越重要。
传统的半挂牵引车结构设计多采用经验式或试错方法，难以充分考虑车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形，因此需要采用有限元方法对其整车结构进行分析和优化设计。
本研究旨在通过有限元分析方法，建立半挂牵引车整车模型，对其结构进行静力学和动力学分析，探索提高半挂牵引车结构的安全性能和效率的途径，为半挂牵引车的工程设计和制造提供理论依据和技术支持。
二、研究内容和方法本研究将采用有限元分析方法，建立半挂牵引车整车模型，研究其静力学和动力学性能。
具体研究内容包括：1. 建立半挂牵引车整车有限元模型，包括车架、车轮、悬架系统、驱动系统等部件。
2. 对半挂牵引车整车进行静力学分析，计算其在不同载荷条件下的应力和变形情况，并分析其承载能力和耐久性。
3. 对半挂牵引车整车进行动力学分析，模拟车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形，计算其对车辆性能的影响。
4. 优化半挂牵引车整车结构设计，探索提高车辆结构安全性和效率的途径。
本研究主要采用理论分析和计算机仿真方法进行。
三、研究计划本研究计划分为以下阶段：1. 文献调研和理论分析，研究有限元分析方法在半挂牵引车整车结构分析中的应用，明确研究的目的和内容。
2. 建立半挂牵引车整车有限元模型，包括车架、车轮、悬架系统、驱动系统等部件。
3. 对半挂牵引车整车进行静力学分析，计算其在不同载荷条件下的应力和变形情况，并分析其承载能力和耐久性。
4. 对半挂牵引车整车进行动力学分析，模拟车辆在行驶过程中所受到的各种力和变形，计算其对车辆性能的影响。
5. 优化半挂牵引车整车结构设计，探索提高车辆结构安全性和效率的途径。
6. 编写研究报告，总结研究成果，并提出进一步研究的方向和建议。
四、预期成果和意义通过有限元分析方法，本研究将得到半挂牵引车整车结构的静力学和动力学特性参数，为提高半挂牵引车结构的安全性能和效率提供技术支持。
重型半挂车车架有限元分析
重型半挂车车架有限元分析作者：北京理工大学林程陈思忠吴志成摘要：本文采用了参数化建模方法建立了60t 重型半挂车车架有限元模型，采用了曲棱四面体等参单元，比传统方法提高了建模效率和可修改性以及计算精度。
文中介绍了车架有限元模型的简化方法和不同工况下的力学模型抽象方法，根据计算结果，改进了结构并进行了验算，最后对有限元计算误差产生的可能原因进行了论述。
关键词：车架半挂车有限元方法参数化建模1 前言泰安专用汽车制造厂开发研制的重型半挂车将承担60t 坦克的运输任务，为了全面了解该半挂车车架在不同工况下的强度和刚度状况，确定应力危险点、进行优化分析等，对其进行了有限元分析。
分析计算利用Pro/Engineer 软件对车架进行了三维实体参数化建模，并将模型导入Ansys 软件中进行边界条件设定、加载、网格划分、计算及后处理。
该方法的优势在于充分发挥了这两种的优势，Pro/Engineer 软件是功能强大的参数化建模软件，可轻易实现三维实体模型的建立和修改；而Ansys 软件是著名的工程分析软件，但在建立象半挂车车架这样复杂的实体模型方面，明显能力不足。
现通过接口程序实现模型传递，将两种软件有机结合起来，取得了很好的效果，具体流程参见图1。
图1 有限元计算流程2 车架参数化建模2.1 车架结构特点分析半挂车车架包括两根纵梁和若干根横梁，皆为厚板和型材组焊而成。
车架前部可通过牵引销连接牵引车，中前部可停放坦克，左右侧分别装有工具箱和备胎等附件，尾部可连接渡板。
表面铺有压花铝板和若干防滑条，下部通过相互串通的空气弹簧连接五个车桥。
车架为对称结构，但受力不对称。
表1 计算中采用的主要半挂车参数2.2 结构简化根据车架的结构与工作特点，在有限元分析计算前将对车架划分实体单元，因此需进行实体建模。
但在实体建模时应充分考虑未来划分单元的密度和质量，必须尽量在不影响精度的前提下对模型进行简化。
简化工作主要包括：(1) 忽略了刚性较差的4mm 压花铝板（平板）(2) 忽略了细长的防滑条进行(3) 对结构中细小的结构（如细小的倒角等）进行简化和忽略在Pro/Engineer 软件中对挂车车架进行参数化建模，装配模型如图2 所示。
基于Hypermesh的牵引车车架拓扑优化及有限元分析
基于Hypermesh的牵引车车架拓扑优化及有限元分析牵引车车架是牵引车的重要部件，其结构设计和优化一直是汽车工程领域的研究热点。
本篇文章将基于Hypermesh软件对牵引车车架进行拓扑优化和有限元分析。
首先，我们需要进行该车架的CAD建模。
通过对车架进行测量和采集数据，我们可以在软件中建立3D模型。
然后，在Hypermesh中进行前处理，包括网格划分、材料属性设定、边界条件设定等。
接下来，运用拓扑优化方法对车架进行优化，以降低其重量，提高车架的强度和刚度。
在进行拓扑优化时，我们需要设置指定的约束和目标函数。
约束条件可以包括材料体积和尺寸等考虑因素。
目标函数可以是最小化材料使用量或是最大化车架的强度和刚度，可以根据具体需求来设置。
拓扑优化的结果可以优化原始车架结构，使其变成更优的流线型设计，同时在一定程度上可以提高车架的强度和刚度。
完成拓扑优化后，我们开始进行有限元分析(FEA)，对车架进行应力和变形分析。
通过给车架施加仿真荷载，可以预测车架在现实世界中的行为并帮助设计师进行结构优化。
有限元分析可以帮助我们预测车架在实际使用过程中的应力情况，从而确定关键部件的厚度、形状和位置，以及车架整体结构的强度设计。
在完成有限元分析后，我们可以根据分析结果对车架进行优化设计。
比如，可以调整材料的厚度和纤维层间距，以适应不同的承载情况和荷载要求。
同时，我们还可以根据分析结果对车架进行优化设计，如增加加强筋，调整截面形状等。
综上所述，通过Hypermesh软件对牵引车车架进行拓扑优化和有限元分析，可以帮助设计者快速分析车架结构，并在优化过程中提高其强度和刚度，以同时保持车架的轻量化和结构优化。
这样做可以显著提高牵引车车架的性能和使用寿命，同时减少制造成本和提高制造效率。
除了拓扑优化和有限元分析，还有其他的技术可以帮助完善牵引车车架的设计。
例如疲劳分析、碰撞模拟、流体动力学分析等。
这些分析可以帮助解决车架在使用过程中可能面临的问题，如疲劳、振动、碰撞等。
重型半挂车架有限元静态分析
重型半挂车架有限元静态分析2007-12-18 [ 字体：大中小 ]1 概述重型半挂车的车架为边梁式结构，中间有两根主承载梁纵梁，纵梁为优质成型工字钢或焊接工字钢，其结构做成阶梯形，以降低重心。
两纵梁间采用焊接横梁，横梁采用优质钢板冲压成型或成型槽钢，两纵梁外侧采用翼梁焊接，翼梁为变截面优质钢板，横梁、翼梁与纵梁连接采用交叉结构，增加了车架抗弯强度和抗扭刚度。
整个车架是全金属结构焊接而成，车架前部可通过牵引销连接牵引车，中前部可停放重型履带式车辆，左右侧分别装有工具箱、防护网和备胎等附件，表面铺有压花钢板和若干防滑条，下部可通过钢板弹簧连接三个车桥，车架为对称结构，如图1所示。
有限元法是一种求解数理方程的数值计算方法，是解决实际工程问题的强有力的分析手段，它的基本思想是将结构进行有限元离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的工程结构，各单元之间通过有限元节点相互连接，根据有限元理论建立有限元总体方程，然后求解。
其计算结果的可靠性在科学方面已经得到广泛的认可。
ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学和耦合场于一体的大型CAE有限元处理工具。
有限元静态分析为复杂重型车架结构受力分析提供了有效的手段。
在载荷作用点恒定、加载速度缓慢或者为零、加载量值缓慢变化或保持恒定情况下，计算结构的应力、应变、位移的过程，能够在车架设计初期全面了解该半挂车车架在不同工况下的强度和刚度状况，确定应力、应变危险点，同时也能对车架结构优化设计进行分析指导。
在重型半挂车开发设计阶段，由于缺乏必要的动态试验设备和完善的实验方法，对车架在各种载荷工况和路面条件下的可靠性不能进行准确的有效分析和计算。
采用有限元分析，通过建立适当的有限元模型，可在车架的开发设计阶段，对其进行强度分析，以提高车架的开发速度和质量。
2 有限元分析车架静态有限元分析是计算在固定不变的载荷作用下的结构响应，它不考虑惯性和阻尼的影响，如结构随时间变化载荷的情况，静态分析主要是结合有限元理论，从静力学、几何学、物理学三方面对结构进行分析。
半挂牵引车车架强度的有限元分析
2 邓楚南 ,何天明. 半挂车车架有限元强度分析. 武汉汽车工业大学 学报 , 1997 ( 2) : 10～13
3 李德信 ,吕江涛 ,应锦春. SX360 自卸车车架异常断裂原因分析. 汽车工程 , 2002 (4) : 348～352
4 周志革 ,王金刚. 轻型货车车架纵梁异常开裂原因的分析. 汽车工 程 , 2004 ( 2) : 229～232
97
99. 5
97. 5
99
表 5 ZH1110 柴油机消声器台架试验对比数据
项 目
无消声器 原消声器 新消声器
测点 ③处总的声压级 / dB (A ) 消声器的衰减量 ΔL / dB (A )
功率损失 / kW
功率损失百分比 / %
标定工况燃油消耗率 /〔g· ( kW ·h) - 1 〕 燃油消耗率增加值 /〔g· ( kW ·h) - 1 〕 燃油消耗率增加百分数 /% 整机噪声 5 点 加 权 平 均 声压级 / dB (A )
2 载荷与工况的确定
2. 1 载荷条件的确定 车辆满载时作用于车架上的载荷包括动力总成
和驾驶室及乘员以及来自于挂车鞍座处的挂车载荷 。 在计算过程中 ,将车架质量平均分配到各单元上 ;其 中动力总成为 5 000 N、驾驶室及乘员共重 5 000 N ,这 两个力分别按照安装位置分配到相应的支承节点上 ; 挂车载荷为 227 500 N,此载荷通过挂车鞍座施加给 牵引车车架 ,应将其分解为两个集中力和力矩分别作 用到鞍座左右两孔中心处 ,如图 2所示。
由图3可知原始设计方案和改进设计方案在不同工况下主要应力集中部位都在侧翼板前部的螺栓连接处危险位置i和前钢板弹簧后吊耳固定处危险位置并且改进设计中侧翼板前部螺栓连接处的应力集中部位随着侧翼板向前的延伸而前移图3b
铝合金半挂车车架结构设计及有限元分析
铝合金半挂车车架结构设计及有限元分析摘要：现阶段，在各地进行物资交换的运输过程中，半挂车具有高效、灵活的优点，在运输领域发挥着重要的作用。
半挂车不仅可进行滚装运输、区间运输和甩挂运输，而且具有装卸方便，运输效率高、可靠、安全，运输成本低廉的优点。
半挂车将向节油环保、轻量化、专业化、多样化以及标准化未来的发展方向，对于不同半挂车生产厂家而言，半挂车车架在满足刚度以及强度的同时，半挂车车架的轻量化不仅会为企业自身带来更大的利润，也会提升企业自身的市场竞争力。
因此对半挂车车架进行有限元分析与轻量化问题的研究有着十分重要的意义。
关键词：铝合金；半挂车车架结构设计；有限元分析引言随着我国经济的快速发展，电商、快递业爆发式增长，货物运输量剧增，导致商用物流车需求加大，物流运输行业竞争加剧。
为控制成本，增加货运量，各物流企业对车辆的性能、油耗、载质量利用率要求越来越高，而解决上述问题的最佳方案莫过于减重。
轻量化对传统燃油汽车可显著降低油耗，对新能源汽车可增加续航能力，对于商用物流车最明显的优势是多拉货物，空载降低油耗，从而在相同运费情况下降本增效。
车架是半挂车最关键的部件，承载着整车载荷。
因此，车架轻量化要充分考虑其强度和刚度，目前钢制半挂车车架纵梁、横梁普遍采用高强钢板冲压、折弯成型，再焊接而成。
相对于低碳钢车架，高强钢车架在钢板壁厚上做了一定程度的减薄，因其材料屈服和抗拉强度高，也能满足使用要求，轻量化效果也不错。
但因钢板壁厚薄，工作环境恶劣，容易锈蚀，影响车架强度，使用寿命很短。
铝合金密度仅为钢的三分之一，其表面有一层致密的氧化膜，可隔绝空气与铝的接触，作为车架材料永不生锈。
通过合理的结构设计，将铝合金应用于该领域，实现轻、强、耐用的效果，对半挂车的轻量化很有意义。
1半挂车车架有限元分析1．1有限元法概念有限元法是用简单的问题替换复杂的问题并进行求解，具有计算精度较高的优点，可对不同复杂形状的工程问题进行科学有效的分析以及计算。
半挂牵引车车架的强度特性分析
半挂牵引车车架的强度特性分析摘要：车架是车辆的关键承重结构，各种载荷最终都会传递到车架上。
因此，车架的结构性能直接关系到整车结构性能。
本文以某型半挂牵引车车架设计为例，采用有限元分析法对车架结构强度展开深入分析，提出优化方案并进行仿真验证，结果显示结构优化方案可显著降低车架关键测点的等效应力最大值，实现强化车架结构的目的。
关键词：半挂牵引车；车架；强度分析；有限元分析半挂车是公路运输的重要车型。
欧美等发达国家的公路货运绝大多数由半挂车完成。
而在国内，半挂车是目前第二常见的大型牵引车类型，其车架除了要承受发动机、车架和货物的重量，还要承受车辆行驶过程中产生的各种力和力矩，所以其可靠性不仅与承载能力有关，也关系到车辆的运行安全[1]。
车架出现疲劳裂纹会导致车架断裂等安全问题。
为确保车架结构强度符合要求，需对车架结构强度进行有限元分析，根据分析结果提出结构优化方案。
本文对某型半挂车车架结构强度进行了有限元分析，建立相关有限元分析模型，并利用有限元分析软件对半挂车车架的强度进行了有限元分析，根据分析结果提出车架结构的改进方案并进行验证。
1车架有限元模型建立1.1车架结构某型半挂车车架材料为16MnL，结构为梯形边梁结构，框架外宽876mm，内侧边梁与盖梁采用直径15mm的铆钉牢固连接。
前后梁为槽式结构，第二梁为圆管梁，中梁为铸件，平衡轴梁为背靠背槽式结构，其余梁为上下叶片结构体。
为了增加车架的坚固性和方便挂斗，在车架两侧的轴梁水平处铆接厚8mm的侧角板。
前桥悬架板簧满载垂直刚度为383 N/mm，中、后桥平衡器悬架板簧满载垂直刚度为2285 N/mm。
主成分材料的弹性模量为2.17×105，泊松比为0.30。
图1为优化前的原始车架结构设计。
图1 优化前的原始车架结构设计1.2模型构建改性半挂牵引车车架结构复杂，由大梁、立梁、双梁、平衡器轴、平衡器悬挂支架、前后板簧支架等众多大型部件组成[2]。
某型号矿用半挂牵引车车架的有限元分析
某型号矿用半挂牵引车车架的有限元分析杨扬（神东煤炭集团责任有限公司，榆林719315）摘要:对某型号矿用半挂牵引车车架进行了有限元分析，建立了以壳单元为基本单元并采用多点约束MPC）单元模拟铆钉传力的有限元计算模型。
通过静态分析表明了车架在满载弯曲工况与满载扭转工况下的应力及变形分布情况。
经过模态分析，获得了车架的固有频率和振形特征。
综合分析结果,对车架结构的改进提供了一些建议。
关键词:牵引车;车架;静态分析;模态中图分类号:U463.320.2文献标识码:A0引言矿用半挂牵引车车架作为非承载式车身结构的主要部件,其主要功能是固定汽车的大部分部件的相对位置，还要承载半挂牵引车车身包含的各种载荷。
汽车在行驶时，要承受来自路面的弯曲、扭转载荷以及由路面、悬架等各部件所产生的振动。
车架在设计时，不仅要保证有足够的强度和弯曲及扭转刚度，还要避免车架由外部激振频率所引发的共振导致车架使用寿命的下降。
本文建立了某型号矿用半挂牵引车车架的有限元模型，对其刚度和强度以及模态进行了有限元分析,为以后的结构改进设计提供理论依据。
1半挂牵引车车架有限元模型的建立车架有限元模型建立是采用的壳单元模型，有效避免了横梁连接点不易确定和梁单元模型纵的等一些问题，尤其是能明确展示出连接点位置的变化和加强板以及支架的一些情况，经过与实验数据的比较其计算精度也比较高。
此外，在车架有限元分析中还需要考虑汽车悬架的因素和各种约束模拟。
首先，我们应该在分析的过程中在solidworks或在UG软件里进行建立模型，可以依据其中关联的原则性简单化操作，实体模型如图1所示，接下来把模型快速导入ANSYS里，再采用shell63单元将半挂牵引车架采用整体网格分划，一定要在所有连接点和形状有明显突变的区域进行网格多次细化，在铆接处采取mpc184单元连接，这样半挂牵引车车架就形成了一个新的建模整体。
接下来利用mass21单元和combine14单元以及beam4单元对悬架和轮胎分别进行模拟。
半挂牵引车车架有限元分析的开题报告
半挂牵引车车架有限元分析的开题报告题目：半挂牵引车车架有限元分析一、选题背景和意义：半挂牵引车是一种常用的运输工具，其安全稳定性对于交通运输行业至关重要。
车架是半挂牵引车的主体结构，负责承载车身和所装载物品的重量和力量，因此其结构安全性是半挂牵引车运行安全的重要保障。
有限元分析是一种理论计算方法，可以模拟实际的结构受力情况，对于车架的结构设计和优化具有重要的意义。
二、研究内容和方法：本研究将以一辆半挂牵引车的车架为研究对象，利用有限元分析软件进行车架的有限元建模，通过加载不同的载荷，分析车架的受力情况，找出车架的薄弱环节，并提出相应的优化方案。
研究方法主要包括以下几个步骤：1.车架有限元建模采用有限元分析软件对半挂牵引车的车架进行建模，选择合适的单元类型和网格划分，构建数值分析模型。
2.载荷分析根据实际情况，确定车架承受的载荷情况，在有限元分析软件中加载各种载荷，如静载荷、动载荷等。
3.应力分析利用有限元分析软件分析车架的应力分布情况，得出车架的最大应力和应力集中点位置。
4.应变分析利用有限元分析软件分析车架的应变分布情况，得出车架的最大应变和应变集中点位置。
5.结构优化根据有限元分析结果，找出车架的薄弱环节，提出结构优化方案。
采用有限元分析软件对优化方案进行验证和优化。
三、预期结果和意义：通过本研究，可以建立半挂牵引车车架的有限元模型，分析车架在不同载荷作用下的受力情况，找到车架的薄弱环节，提出优化方案，最终得到经过优化的车架结构。
这些结果可以为半挂牵引车车架结构设计和优化提供参考，提高其安全性和稳定性，减少车辆事故的发生，为国家交通运输事业的发展做出贡献。
117468_赵坤_自卸式半挂车车架建模及有限元分析_前期报告_1428238022999
河北工业大学城市学院毕业设计（论文）前期报告学生姓名：赵坤学号： 117468 系别：机械工程系专业：车辆工程设计(论文)题目：自卸式半挂车车架建模及有限元分析设计(论文)地点：河北工业大学城市学院指导教师：王金刚职称：教授2015年 04 月 03 日一、文献综述（不少于2000字）1.课题背景随着社会的发展，自卸车在二十世纪五十年代应运而生，自卸车的问世是一场重大的技术革新，是有效节省劳动力、降低劳动强度、提高生产效率的特色产品。
自卸车又称翻斗车，是指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆，是应用较多、环境适应能力强的一种专用车，可以运输绝大部分的散货，由于运输货物相对比较固定，所以具有均衡性强的特点，在粮食、采矿、建筑、矿粉运输、电厂、钢厂的许多行业都有广泛的应用[1]。
目前国内自卸车主要用于能源物流运输(煤碳、砂石、矿石等)和工地道路施工作业，其中煤碳、砂石料、铁粉运输比例占有相当大的比重。
半挂车，是车轴置于车辆重心(当车辆均匀受载时)后面，并且装有可将水平或垂直力传递到牵引车的联结装置的挂车[2]。
其设计结构合理，且外型美观，制动效果好，可靠性高。
其次，半挂车设计符合人体工程学，具有装载质量大，装载物品稳当、结实的特点。
缩短了汽车的总长，提高了整车的行驶稳定性和机动性，更重要的是它的区段运输、甩挂运输、滚装运输还能对我国物流的组织形式起到一定程度的促进作用[3]。
与汽车相比，半挂车更能够提高公路运输的综合经济效益。
运输效率可提高30-50%，油耗下降20-30%，成本降低30-40%[4]。
正因为自卸车和半挂车各自特点和优势，所以二者的结合更是绝佳的配合，节省了劳动力、提高了运输效率、降低了成本，成为汽车行业的一枝独秀。
2.项目的国内外发展情况自卸半挂车最早源于国外，日本、北美、西欧的技术比较先进，在发达国家随着基础设施的日趋完善，自卸半挂车市场品种齐全、产品技术含量高，一些新材料诸如高强度钢板、新型铝合金材料、塑料等的使用，使车身的重量变得更轻，在降低了能耗的同时，更增加了美感和抗变形能力[5]。
半挂牵引车车架结构强度有限元分析及优化
架 的强 度 和 刚度 影 响不 大 ， 大 大 提 高计 算 量 ， 响 单元 却 影
质量从而降低计算精度 ， 因此 ， 模 型 简 化 过 程 中 ， 略 在 忽 了这 些几 何 细节 。车 架 附件形 状 和结 构 较复 杂 ， 考虑 到对 车架 的应 力 贡献 ， 作 了适 当 的简 化 。建 立 相应 的车 架有 也
摘 要 ： 对 某半 挂 牵 引车 车 架 建立 了有 限 元 分析 模 型， 针 并应 用有 限元 分 析软 件 对 各种 工况 下 的车 架 强度 进 行 了有 限元 分析 ， 为半挂 牵 引车车 架的 设计 及 改进 提供 了参 考依 据 。 关键 词 ： 挂 牵 引车 车 架 强 度 有 限元 半
在 平衡 轴横 梁处 车 架 两侧 铆 接厚 度 为 ８ ｍ 的侧 角板 。改 ｍ
进 前原设 计 车 架结 构如 图 １ 示 。 所
半挂 牵 引车 车架 是 通 过悬 架 、车 轮 支撑 在 路 面上 ， 为 得 到 半 挂 牵 引车 车 架 在 实 际使 用 过 程 中的真 实 应 力 分布
簧 单 元 ， 了模 拟 钢 板 弹簧 与车 架 之 间 的装 配关 系， 之 为 使
能 够 相 互 作 用 ， 成 一 个 整 体 ， 单 元 与 弹 簧单 元 的 连接 形 梁
图 １ 原 车架 结 构 示意 图
全 部 用多 点 约束 模 拟 ，为 了消 除车 架 的整 体 刚性 位 移， 还 应 将 前后 钢 板 弹簧 中心 施加 位 移约 束 。 车架 除 承受 载重量 以外 ， 为 主要 的联接件 ， 作 还承 受驾 驶 室 、 动机 、 发 油箱 、 电瓶箱 等 附件 的重力所带来 的载荷 ， 各
状 况 ， 须 考 虑悬 挂 系统 的变 形 情 况 ， 必 将悬 挂 系 统 与 车架
关于半挂车车架有限元分析与轻量化分析
关于半挂车车架有限元分析与轻量化分析摘要：文章主要从半挂车实体建模及有限元的简述出发，分别简述了车架有限元模型的建立，以及轻量化的车架结构优化，旨在与广大同行共同探讨学习。
关键词：半挂车车架；有限元分析；轻量化一、半挂车实体建模及有限元的简述1.半挂车介绍半挂车是一种道路运输车辆，由两部分构成，一部分是带有动力的车头，另一部分为承载货物的半挂。
半挂车是目前普遍应用的运输工具，按用途分为专用和普通两种。
按大梁的结构来分有平板式、阶梯式、凹梁式三种。
如下图1-1所示。
图1-1 半挂车分类板式半挂车可以最大利用空间，同时离地面较高，方便公路运输。
阶梯式半挂车货台比较低，方便货物的装卸，凹梁式半挂车具有较小的离地间隙和较低的货台。
半挂车第二部分半挂结构主要由车架、双侧保护装置、工具箱、挡泥板、轮轴、牵引装置、电路、气制动、支撑、悬架装置、备胎、车箱、后保险杠等结构组成。
2.有限元法介绍有限元法是用简单的问题替换复杂的问题并进行求解，具有计算精度较高的优点，可对不同复杂形状的工程问题进行科学有效的分析以及计算。
二、车架有限元模型的建立建立有限元模型是进行有限元分析的基础，也即选择单元类型、赋予材料属性、划分网格、模拟连接方式、施加边界条件的过程，其中划分网格是前处理最为重要也是最为繁琐的步骤。
1.建立车架有限元模型应遵循的原则（1）确保模型的计算效率。
网格的大小、稀疏程度，也即单元与节点的数目多少，决定着计算结果的准确性和计算效率，在进行车架有限元模型建立的过程中应权衡好计算结果的准确性与计算效率的矛盾，找到最合适的网格尺寸。
（2）确保计算结果的准确性。
建立车架三维几何模型的过程中，在不影响分析结果的前提下，已经对车架进行了一定的简化，目的就是为了能够得到准确的结果，避免造成应力集中等问题。
2.模型导入及中面抽取（1）三维几何模型的导入和修复我们将利用 Solidworks 软件建立的车架的三维几何模型导入 Hypermesh 中。
【分析】车架刚度及强度的有限元分析
【分析】车架刚度及强度的有限元分析展开全文车架是汽车主要的承载部件，汽车大部分部件如：动力总成、驾驶室、货箱和车桥等都与车架直接相连。
因此车架就必须具有足够的刚度和强度以保证有承受冲击载荷和忍受各种工况的能力。
由于车架本身结构的复杂性。
无法用传统的计算方法实现对车架的精确计算，而随着计算机技术发展所逐渐兴起的有限元方法可有效地计算车架在各种工况下的响应。
进而为后续设计提供有力的理论依据。
有限元法的基本思想是将一个复杂的结构拆分成有限个单元，对这些单元分别进行分析。
建立位移与内力之间的关系，以变分原理为工具，将微分方程化为代数方程，再将单元组装成结构。
形成整体结构的刚度方程后再进行计算。
目前大多的车架有限元分析在模拟车架组成梁之间的连接时，大都采用点对点刚性连接直接将其连接，这种模拟方法相对于实际情况误差较大。
本文采用MPC184单元设计了合理的连接模拟形式。
相对而言可降低结果误差。
1 有限元模型的建立以某边梁式车架为研究对象，其由左右分开的两根纵梁和若干根横梁组成。
纵梁和横梁是由薄壁型钢制成，再通过焊接和铆接而形成整体。
在有限元前处理软件Hypermesh中对车架进行单元划分。
忽略半径5 mill以下的孔、过渡圆角、倒角及2 mill以下的搭接边上的凸台。
单元选用二维4节点壳单元Shell43，Shell43单元可有效地模拟一定厚度的板壳及其线形和弯曲变形。
单元每个节点均具有6个自由度，即，y,z向平动自由度和绕，y，轴的转动自由度。
在平面内变形为线性变形，对于非平面的情况单元采用对组成向量进行混合插补的方法。
从而使对车架的模拟更为合理。
纵梁、横梁及其连接板之间的铆钉连接，选用如图l所示的连接模拟方式。
采用刚性连接单元MPC184单元MPC184单元是由一组通过使用拉格朗日算法来实现运动学上的约束的多点约束单元组成。
可用于模拟两个变形体之间的刚性约束或常在工程实际应用中被用来作为传递力和力矩的刚性组件。
有限元分析在半挂
上装研究有限元分析在半挂车上的实战运用王大俊新乡华烁车辆有限公司，河南新乡，453011摘要：受轻量化趋势影响，市场上通常使用性能更好的材料和结构优化相结合的方法，使用有限元仿真技术辅助设计，来减少产品的研发周期。
由于专用车车型众多，没有相应的分析规范和标准，加上受人为因素和环境条件影响，有限元结果与实际产品使用存在不小的偏差，很多人质疑有限元研发仅仅存在于理论阶段。
据此，通过对半挂车研发设计和产品使用中暴露的问题，发现运用有限元分析具备有可行性和实战性，并为半挂车产品研发提供了可视化的有效参考答案。
关键词：半挂车；有限元分析；可行性；实战性中图分类号：U469.5收稿日期：2023-11-13DOI：10 19999/j cnki 1004-0226 2024 01 0111前言近年来，随着相关法规的完善和行业竞争日趋激烈，市场对半挂车轻量化要求越来越高。
很多企业在满足使用要求前提下，采用强度更高和厚度更薄的板材，再通过结构优化的方法，进而达到降低整车重量。
本研究以38m³粉罐半挂车和13m 鹅颈半挂车为对象，应用HyperWorks 软件进行结构仿真分析。
通过实际车辆建立分析模型，分析结果与售后的车辆进行对比，然后进行结构再优化设计，得出有限元分析在结构研发设计和优化上具备有很强的实战性。
2有限元模型建立2.1材料特性参数本文通过两种车型作为研究对象，一种车型38m³粉罐半挂车，整车使用板材为T610L ；另一种车型13m 鹅颈半挂车，小零部件使用板材为T700，腹板和下翼板使用板材为T980。
材料性能参数见表1。
表1材料性能参数T610L T700T9807830783078302062062060.30.30.362970110106747551033252814.22.2网格划分整车由薄钢板直接拼焊、折弯或者卷制成型后拼焊而成，零部件的几何尺寸远大于板厚，所以对车架采用壳单元（PSHELL ）进行网格划分，网格单元类型以四边形单元为主［1-2］。
DL4100型半挂牵引车车架弯扭工况强度分析及改进
DL4100型半挂牵引车车架弯扭工况强度分析及改进DL4100型半挂牵引车是一种重型运输车辆，主要用于货物运输。
在道路运输中，车架是半挂牵引车的主要承载部件。
因此，车架的强度和刚度对半挂牵引车的安全性质和运动性能具有重要影响。
本文将对DL4100型半挂牵引车的车架进行弯扭工况强度分析，并提出改进措施，以提高半挂牵引车的安全性和运动性能。
首先，进行有限元分析(FEA)。
通过创建DL4100型半挂牵引车车架的有限元模型并进行分析，可以获得车架在弯扭工况下的应力分布、变形和位移等信息。
在分析的过程中，需要考虑载重情况以及车辆在路面上行驶时的动态载荷。
由于半挂牵引车车架结构较为复杂，需要对整个车架进行分块和进行网格划分，以便进行有限元分析。
在分析结果中，我们可以发现DL4100型半挂牵引车车架的强度不足，存在一定的死区。
这可能导致车架在行驶过程中出现变形或断裂的情况，从而影响半挂牵引车的行驶安全。
因此，我们需要对车架进行改进，以提高其强度和刚度。
改进方案一：增加车架的材料厚度。
通过增加DL4100型半挂牵引车的车架材料厚度，可以提高车架的强度和刚度。
这种方法比较容易实施，但会增加车辆自重和制造成本，可能会影响车辆的载重能力和经济性。
改进方案二：增加车架的支撑和连接部件。
通过增加DL4100型半挂牵引车车架的支撑和连接部件来增强其强度和刚度。
这种方法可能需要进行车架的局部加强，需要对车架结构进行重新设计，并且加工难度比较大。
改进方案三：改善车架的力学性能。
通过改善DL4100型半挂牵引车车架的力学性能，可以减小车架的应力和变形。
这种方法需要对车架的悬挂系统和减震系统进行改良或调整。
例如，使用气动悬架或液压悬架来提高车架的稳定性和平稳性，从而减少车架受力情况。
通过对半挂牵引车的车架进行强度分析和改进方案的探讨，可以有效提高半挂牵引车的安全性和运动性能。
因此，在设计和制造半挂牵引车时，应该将车架的强度和刚度作为重点考虑因素，并进行综合考虑，以提高车辆的整体性能。
半挂汽车车架有限元模态分析及优化设计
横梁 、２根 前 后 横 梁 、２根 边 梁 及 支 架 等 焊 接 而 成 。根据 其 结 构 特 点 ，选 择 ｂａ ８ ｅｍ１８梁 单 元 并 通
过定义 截面 形 状 和 偏 置 距 离 模 拟 主纵 梁 及 横 梁 和 边 梁 ，选 择 ｃｍｐｎ４单 元 模 拟 板 弹 簧 。车 架 材 料 ｏ ｉｌ
半 挂 汽 车车 架有 限元 模 态 分 析 及 优 化 设 计
蒋红旗 李 顺才 ， １中 国矿 业 大学深部 岩 土 国家重点 实验 室 徐 州 ２ １０ ２０ ８
２徐 州师 范大学机 电工程 学 院
摘
徐州
２ １ １ ２ １６
要 ：车 架 是 半 挂 汽 车 结 构 件 中结 构 和 载 荷 都 很 复 杂 的 关 键 部 件 ，为 提 高 车 架 整 体 性 能 ，对 某 型半 挂 汽
、
ｆａ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ，ｉ ｒ ａ ｅ ｈ ｏ ｏｒ ｒｆｅ ｅ ｃ ｒｍ ｔｕ ｔｒ ｎｃ ｅ ｓ ｓｔ ｅ ｌｗ— ｄｅ ｑｕ ｎ ｙ，ｉ ｒ ｖ ｓｔ ｎ ｍｉ ｅ ｏｍ ａ ｃ ｎｄ ｐ ｏ ｉｅ ｈ ｏ ｅｉ ａ ｓｓｆ ｒｄｅ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ｈｅｄｙ ａ ｃ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅａ ｒ ｖｄ ｓｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌｂａ ｉ ｏ — ｆ ｓｇ ｎｄ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｔ ｈ ａ ． ｉｎ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｏ ｔ ｅ ｆ ｍｅ ｌ Ｋ ｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ： ｓ ｍｉｔａｌ ｒ ｒ ｍｅ；ｆｎｉ ｌ ｍｅ ｔ ｅ —ｒ ｉｅ ；ｆａ ｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ；ｍｏ ｌａ ａｙｓｓ；ｏ ｔｍ ｉａ ｉｎ ｄ ｓｇ ｅ ｄａ ｎ ｌ ｉ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｅ ｉ ｎ
０ 引言
目前 ，各 种专 用 车 辆 普 遍 存 在 自重 大 、重 心
基于Hyperworks的半挂车车架结构分析与改进
基于Hyperworks的半挂车车架结构分析与改进摘要：本文借助Hyperworks软件对一款半挂车车架结构进行了有限元分析，找出了车架的弱点并提出了改进设计方案。
通过模拟不同载荷情况下车架的应力、应变等物理特性，找出了构成车架的不同部件的材料疲劳极限。
然后针对这些不足之处，提出了优化设计方案，包括调整材料使用、增加支撑支架和加强焊缝等，进一步增强了车架的稳定性和耐久性。
关键词：Hyperworks；半挂车车架；有限元分析；改进设计；稳定性；耐久性正文：1.引言半挂车作为重型运输车辆的一种，通常用于货物运输等大容量、远距离的物流任务。
但随着工业发展和城市化进程的加速，货物运输对车辆的要求也越来越高，特别是对半挂车车架的耐久性和稳定性要求更高。
因此，对半挂车车架的结构分析和改进设计显得尤为重要。
Hyperworks是一款专业的有限元分析工具，能够模拟车架在不同条件下的物理行为和力学特性，找出其中的不足之处，并提出有效的改进方案。
本文利用Hyperworks对一款半挂车车架进行了分析，找出了车架的弱点并提出了改进设计方案。
2.分析方法2.1 结构建模本文选用一款常见的半挂车车架进行分析。
首先，借助Hyperworks中的CAD软件将车架模型导入，并建立三维有限元分析模型。
然后，根据车架的材料参数和重量等信息，进行网格剖分、单元分析和装配等。
2.2 物理行为模拟本文通过Hyperworks中的静力学、动力学和疲劳分析等工具对车架进行了物理行为模拟。
具体来说，分别对不同载荷、速度、路况等情况下的车架应力、应变、位移等物理行为进行了模拟，找出了车架的不足之处。
3.分析结果3.1 应力和应变分析通过车架的有限元分析，可以得到各部件的应力和应变分布情况。
具体来说，车架的各部件在不同载荷下所承受的应力大小、应变的程度等都可以被可视化地展示出来。
通过这些数据，可以找出构成车架的不同部件的材料疲劳极限。
3.2 弱点分析根据应力和应变分析结果，可以找出车架的弱点。
车辆运输半挂车车架有限元分析与优化
收 稿 日期 ：２ １ —２ ２ ；修 回 日期 ：２ １— ３ １ ０ ２ ０— ８ ０ ２０ — ８ 作 者 简 介 ：吴 华 杰 （９ ７） １８ 一 ，男 ， 江 苏 泰 州人 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，研究 方 向为 汽 车数 字 结 构 技 术 。
上层 平 台通 过立 柱与 下 层 纵 梁相 连 接 ， 层 主 要 由蒙 下
皮 、 梁与纵 梁相 连 接 。 车架 是 车 辆 运输 半 挂 车 最 大 横 的基础 件 ， 梁 式车 架 主体 由纵 梁 和 若 干横 梁 焊 接 而 纵 成 ， 特点 是 纵 梁 长 、 点 跨 距 （ 距 ） 。本 文 利 用 其 支 轴 大 ＵＧ软 件对 车辆 运输 半挂 车车架 进行 Ｃ ＡＤ建模 ， 利 并 用 ＡＮＳ ＹＳ的 Ｄ ｓ ｎＯ ｔ 块对 纵梁 进行 优化 。 ｅｉ ｐ 模 ｇ ］
１ 车 辆 运输 车车 架有 限元模 型的 建立
图 １ 车辆 运 输 车 的 几 何 模 型
１ ２ 悬 架 的 处 理 ．
为准 确实 现模 拟 ， 将悬 架 元 件 与 车架 组 合 起 来 分
析 。将 钢板 弹簧 等 效 为水 平 布 置 的矩 形 截 面 梁 ， 并 以主从 节点关 系模 拟梁 的两 端点 与对应 车架 吊耳处 节
梁 的 长 度 ， 钢 板 弹 簧 活 动 吊耳 与 固 定 吊 耳 之 间 的 即
１ １ 单元 选择及 材料 性 能参数 ． 由于 车架是 由一 系 列 薄 壁 件组 成 的结 构 ， 数 量 且
水平 距离 ， ｍｍ。建 立 的钢 板 弹 簧 有 限 元 模 型 如 图 ２
一种基于有限元计算的半挂车强度分析
一
种 基 于有 限元计 算 的 半挂 车 强 度分 析
王 卫 清
（ 泰州机 电高 等职 业技 术学校 ， 江苏 泰 州 ２５０ ） ２ ３０
摘 要 ： 用有限元计算方法对某型半挂车车架的强度进行了分析计算。通过有限元仿真计算， 提出在进行局部加
强的同时， 采用细而密的横梁结构的优化方案 ， 解决了原来结构的应力集 中现象 ， 确保半挂车 的结构强度。
ｌ 半 挂 车 车 架 有 限 元 模 型 的 建 立
１ １ 半 挂 车 车 架 结 构 ．
某 半 挂 车 厂 的 Ｂ ２ １型 半 挂 车 结 构 示 意 图 如 Ｌ０ 图 １所 示 。其 主 要 部 件 有 底 架 、 腿 、 板 、 栏 、 支 箱 护
的 比例 逐 渐 增 大 。 由 于 存 在 着 车 辆 超 载 、 行 路 况 运 参 差 不 齐 、 挂 车 的 生 产 厂 家 生 产 质 量 水 平 不 一 等 半 因 素 ， 重 影 响 了 半 挂 车 的 行 车 安 全 。从 技 术 设 计 严 上分析 ， 保半 挂车的强度是重要 的手段之一 。 确 对 半 挂 车 主 结 构 的 强 度 分 析 方 法 也 不 尽 相
分 析 … ， 近 年 来 随 着 有 限 元 软 件 的 发 展 ， 来 越 而 越
多的车辆 采用有 限元 法进 行结 构 强度 设计 。在应
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｌ ｎｅ ｓ ｙｏ ｅ ｔｉ ｙ ｅ ｏ ｍｉ ｒ ｉ ｒｈ ｖ ｅ ｎ ｃ ｌ ｕ ａｅ ｙ ｔ ｅａ ｐ ｉ ａｉｎ ｏ ｎ ｔ ｌ ｓｒ ｃ ： ｈ ｔ ｃｕ ａ ｔｎ ｉ ｆ ｃ ｒ ｎ ｔｐ ｆｓ ｒ ｉ ｔ ａ ａ ｅ —ｔ ｌ ａ ｅ ｂ ｅ ａ ｃ ｌｔ ｄ ｂ ｐ ｌ ｔ ｆ ｉ ｅ－ ａｅ ｈ ｃ ｏ ｉ ｆ ｅ ｃ ｎ ｎ ｌｓｓｍｅｈ ｄ ｍｅ ｔａ ａｙ ｉ ｔ ｏ ．Ｂｙｔ ｅ ａ ｐ ｃ ｔ ｎ ｏ ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｓｍｕ ａｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ａ ｏ ｈ ｐ ｌ ａ ｏ ｆ ｉ ｅ ｅ ｎ ｉ ｌ ｔ ａｃ ｔ ｎ，ａ ｐ ｉ ｚ ｄ ｐ ａ ｉ ｔ ｎ ｔ ｅ ｉ ｉ ｆｉ ｅ ｏ ｌ ｉ ｎｏ ｔ ｍｉ ｅ ｌｎ ｗ ｔ ｓｒ ｇ ｈ ｎ ｈ ｅ ｋ ｙ ｐ ｓｔ ｎ ｓｎ ｌ ａ ｄ ｄ ｎ ｅ ｃ ｏ ｓ ｂ ａ ｓｒ ｃ ｕ ａ ｅ ｎ ｐ ｏ ｉ ｅ ．Ｃｏ ａ ｉ ｇ ｔ ｈ ｒ ｉ ｔｕ ｔｒ ｅ ｏ ｉ ｏ ｓ ｕ ｉｇ ｓｉ ｎ ｅ ｓ ｒ ｓ ｅ ｍ ｔ ｔ ｒ ｈ ｓ ｂ ｅ ｒｖ ｄ ｄ ｉ ｍ ｕ ｅ ｍｐ ｒｎ ｏ ｔｅ ｏ ｉ ｎ ｓｒ ｃｕ ｅ，ｔ ｅ ｇ ｈ ｎ ｗ ｐａ ａ ｕ ｒ ｎｅ ｈ ｏ ｕｉ ｇ ａ ｃ ａ ｙ ａ ｄ ｅ ｓ ｒ ｈ ｅ ｅ ｌｎ ｃ ｇ ａ ａ ｔｅ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｔ ｃ ｕ ｃ ｎ ｕ ｅ ｔ ｅ ｓ ｍｉ—ｔａｌｒｓｒ ｃｕ ａ ｎｅ ｓｔｙ ｎ ｎ ｒ ｎ ｒ ｅ ｔ ｔｒ ｌ ｔｎ ｉ ． ｉ ｕ ｉ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｍｉ ｒ ｉ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ —ｔａｌ ；ｍａｎ ｌｎ ｉ ｄｎ ｌ ｅ ｍ ；ｆ ｔ ｌ ｍｅ ｔ ｔ ｃｕ ｅ；ｓｒ ｃｕ ａ ｎ ｅ ｓ ｙ ｅ ｉ ｇｔ ｉ ａ ａ ｏ ｕ ｂ ｉ ｅ ｅｅ ｎ ；ｓｒ ｔ ｒ ｉ ｎ ｕ ｔ ｔ ｒｌｉ ｔｎ ｉ ｕ ｔ
半挂车车架结构有限元分析
0引言半挂车是一种重要的运输机械，具有运输效率高、油耗低等特点，在运输业发挥着重要作用。
半挂车车架结构十分复杂，不仅形状复杂，而且载荷作用也较为复杂。
在半挂车结构设计过程中，需要在保证安全性的情况下，对车架结构进行优化设计，使其便于加工和装配，同时减少材料成本，提高半挂车制造的经济效益。
传统的力学分析方法在半挂车车架结构的强度和刚度分析中存在一定的不足，难以得出精准的数据。
在计算机软件技术的推动下，有限元法成为一种优秀的结构强度分析方法。
在半挂车设计中，可以利用有限元分析法对车架结构的强度进行精确地分析，进而有针对性地对重要构件进行优化设计。
1半挂车车架结构分析半挂车是一种在车辆均匀受载的重心后边配置车轴，并且装有可将水平和垂直力传递到牵引车的联结装置的挂车。
车架是半挂车的主要构件之一，为各总成及专用工作装置提供安装基础。
半挂车车架结构不仅要承受整车静载荷，同时还要能够承受半挂车行使中的各种动载荷，因此，对其结构强度要求较高。
通常而言，半挂车车架结构为边梁式，主要包括主纵梁、边纵梁、横梁、支撑梁等，各个部件采用的都是优质的钢板和型材，通过组焊方式构成车架结构。
在半挂车结构中，纵梁是主要的承载部件，能够承受弯曲应力，为有效应对运输道路条件差的情况，纵梁可以采用箱型结构，具有良好的抗弯性能。
同时，为了保证牵引装置活动的灵活性，需要提高车架纵梁前段，降低后段货箱，从而增强半挂车的稳定性，便于装卸货物[1]。
此外，横梁是半挂车车架中连接左右纵梁的重要构件，其抗扭转性和分布情况对纵梁的内应力大小及分布具有直接影响作用。
因此，横梁也是车架扭转结构中的主要元件，通常需要采用质量轻而密的横梁，增强车架的扭转刚度，同时有效减小与横梁连接的纵梁的扭转应力。
2有限元法及其应用2.1有限元法的基本理论有限元法是一种数值分析法，其基本原理就是将整体离散成有限个单元体，这些单元体需要按照一定的方式相互连接，从而来模拟或逼近原来的物体，将整体的连续自由度问题化简为离散的有限元自由度求解。
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3 计算结果与分析
半挂牵引车车架强度的有限元计算结果如图 3 所示 。由图 3可知 ,原始设计方案和改进设计方案 在不同工况下主要应力集中部位都在侧翼板前部的
the stress distribution of the frame in various conditions were analyzed by using NASTRAN software. Some suggestions were p resented to help further modification of the frame.
a 原始设计有限元模型 b 改进设计有限元模型 图 1 车架的有限元模型
1. 4 计算参数 半挂牵引车车架的主体结构所采用材料是车辆
大梁专用钢 16 M nReL ,材料的物理性能为 : 弹性模 量 E = 210 000 N /mm2 ,泊松比 μ = 0. 3;材料的机械 性能为 :最小屈服强度是 355 M Pa ,最小抗拉强度是 510 MPa ,最大抗拉强度是 610 MPa 。钢板弹簧的刚度 系数 :前钢板弹簧的垂直刚度系数 K前 = 200 N /mm,后 钢板弹簧的垂直刚度系数 K后 = 2 200 N /mm。
3)行使弯曲工况 。在弯曲工况的基础之上 ,将 动载系数取 2. 0,此时可以用来计算车辆满载行驶 时车架的应力分布情况 。
4)制动工况 。用来模拟车辆在满载情况下的刹 车工况 ,制动距离规定为初速度为 30 km / s,制动时 间 ≤7 s ,计算得出制动加速度为 1. 2 m / s2 ,此时由 于车速不是太大 ,动载系数取 1. 5 。
4 结论
1)采用板单元建立半挂牵引车车架有限元模型
董振国等 :半挂牵引车车架强度的有限元分析
不仅可以反映车架纵梁和横梁的应力分布状况 ,而 且还可以反映车架纵梁和横梁连接部位的应力分布
61
状况 ,便于对车架结构和截面形状进行修改 ,以获得 合理的应力分布和刚度特性 。
a 原始设计方案 b 改进设计方案 图 3 车架应力分布图
拖 拉 机 与 农 用 运 输 车
第 4期 2005年 8月 Tractor & Farm Transporter
59
半挂牵引车车架强度的有限元分析
董振国 刘大维 严天一 陈秉聪
(青岛大学车辆工程系 青岛 266071)
D ong Z henguo, L iu D aw ei, Yan T iany i, Chen B ingcong (Automobile Engineering Department Q ingdao University , Q ingdao 266071, China)
A b s tra c t: In this study, the finite element model of the frame in a sem i2trailing tractor was realistically constructed,
图 2 车架鞍座处载荷
2. 2 计算工况的确定 在有限元分析过程中 ,为了能够全面地反映车
架在实际使用工况下应力分布情况 ,本文制定了以 下 5种工况条件 :
1)静止弯曲工况 。此工况用来计算车辆满载静 止时的应力分布 ,此时动载系数取 1. 0 。
2)扭转工况 。车辆满载匀速驶过一个有凸台的 路面 ,此时 1个前轮上凸台 ,其余 3个车轮处于同一 水平路面上 ,凸台高度按 50 mm 计算 ,此时应约束 处于同一水平路面上的 3 个车轮的竖直位移 ,给上 凸台的车轮加 50 mm 的竖直向上强制位移 。
2 邓楚南 ,何天明. 半挂车车架有限元强度分析. 武汉汽车工业大学 学报 , 1997 ( 2) : 10～13
3 李德信 ,吕江涛 ,应锦春. SX360 自卸车车架异常断裂原因分析. 汽车工程 , 2002 (4) : 348～352
4 周志革 ,王金刚. 轻型货车车架纵梁异常开裂原因的分析. 汽车工 程 , 2004 ( 2) : 229～232
1 有限元分析
1. 1 车架结构 半挂牵引车车架采用边梁式车架结构 ,主要由 2
根主纵梁、2根副纵梁、5根横梁组成 ,整个车架是一 个 前宽后窄的变宽结构 。原始设计方案主纵梁长为 6 750 mm ,高度为 300 mm,在主纵梁内部铆接有厚为 5 mm的副纵梁 ;横梁高为 220 mm,宽为 130 mm,采用 槽形截面 ,横梁与纵梁采用直径为 22 mm的铆钉进行 连接 。为了增加车架强度同时为了便于固定挂车鞍 座 ,在第 5横梁两侧纵梁上铆接有厚度为 8 mm 的侧 翼板 。改进设计方案在原方案的基础上将纵梁的高 度加大 20 mm ,将各横梁的高度加大 20 mm ,宽度加 大 35 mm ,并且第 3、第 4横梁与纵梁的连接由原来的
4螺栓连接变成 6螺栓连接 ;将两边的外侧翼板向前 延长到第 3横梁前面 ,共加长 710 mm。 1. 2 模型的建立
传统的车架有限元分析一般将车架简化成空间 杆系结构 ,采用梁单元进行模拟 。该方法计算速度 快 ,所需计算机资源较少 ,能粗略地反映车架整体的 应力水平及其分布情况 ,适合初步选择设计方案 。 为能反映结构真实情况和分析精度 ,现大多采用板 壳单元 。该方法虽然前处理工作量大 ,所需的计算 机资源较大 ,但适合对于已经选定的设计方案进行 分析 。因本文是针对某半挂牵引车车架改进前后进 行分析 ,所以采用的是板壳单元进行模拟 。在划分 网格时 ,考虑到计算机效率和计算精度 ,对车架的纵 梁 、横梁和侧翼板等采用边长 30 mm 的四边形壳单 元 ;对于板簧吊耳则用边长为 20 mm 的四面体单元 进行划分 ;对车架的铆钉连接以及螺栓连接全部采 用刚性单元模拟 。
整机声功率级 L01 13 0. 38 2. 9 234. 1 3. 1 1. 8 100. 1 107. 9
99. 5 14. 5 0. 25 1. 9 233. 0
1. 3 98. 6 106. 4
图 3 ZH1110 型柴油机排气噪声频谱
2)新设计的消声器和原消声器相比 ,消声性能 明显提高 (标定工况下衰减量 15 dB (A )左右 ) ,整机 噪声下降 1. 6 dB (A ) ,大大低于 GB14097 - 1999《中 小功率柴油机噪声限值 》所规定的指标 ,其动力性经 济性也有所改善 ,功率损失 ≤2% ,燃油消耗率增加 ≤1. 3%。
(收稿日期 : 2005 - 04 - 08)
(编辑 姜洪君 )
(上接第 51页 )
表 4 柴油机匹配不同排气消声器时在标定工况下 各测点的声压级 dB (A )
方案 测点 ① 测点 ② 测点 ③ 测点 ④ 测点 ⑤
原消声器 100
99
101
99
101
新消声器 99. 5
第 1螺栓连接处 (危险位置 Ⅰ)和前钢板弹簧后吊耳 固定处 (危险位置 Ⅱ) ,并且改进设计中侧翼板前部 的第 1螺栓连接处的应力集中部位随着侧翼板向前 的延伸而前移 (图 3b) 。由图 3b可以看出改进设计 方案与原始设计方案相比 ,应力分布向前移动 ,使得 纵梁上的应力分布更加合理 。同时由于改进设计方
Ke ywo rd s: Sem i2trailing tractor, Frame, Strength, Finite element analysis
半挂牵引车在公路运输中占有很大的份额 ,欧 美等发达国家长途货运几乎都由它完成 。目前在我 国半挂牵引车已成为重型专用汽车的第二大品种 。 半挂牵引车的车架不仅承担发动机 、底盘和牵引货 物的质量 ,而且还要承受汽车行驶过程中所产生的 各种力和力矩 。因此 ,其可靠性不仅关系到整车能 否正常行驶 ,而且还关系到整车的安全性 。本文针 对某半挂牵引车车架改进前后进行了研究 ,建立了 半挂牵引车车架的有限元模型 ,并采用 M SC公司的 大型有限元分析软件 NASTRAN 对半挂牵引车车架 进行了强度分析 ,为半挂牵引车车架的设计及改进 提供了参考依据 。
摘要 :针对某半挂牵引车车架建立了有限元分析模型 ,并应用 NASTRAN 有限元分析软件对各种工况下的车架 强度进行了有限元分析 ,为半挂牵引车车架的设计及改进提供了参考依据 。
关键词 :半挂牵引车 车架 强度 有限元
F in ite E lem e n t Ana lys is fo r the F ram e o f a S em i2tra iling Tra c to r
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拖拉机与农用运输车 第 4期 2005年 8月
簧相比刚度很大 ,所以可以忽略它对结构分析的影 响 ,此时钢板弹簧可以用 2个弹簧单元模拟 ,再用刚 度较大的梁单元连接两个弹簧单元 。为了模拟钢板 弹簧与车架之间的装配关系 ,使之能够相互作用 ,形 成一个整体 ,梁单元与弹簧单元的连接全部用多点 约束模拟 。为了消除车架的刚性位移 ,还应将前后 钢板弹簧中心固定 。
2 载荷与工况的确定
2. 1 载荷条件的确定 车辆满载时作用于车架上的载荷包括动力总成
和驾驶室及乘员以及来自于挂车鞍座处的挂车载荷 。 在计算过程中 ,将车架质量平均分配到各单元上 ;其 中动力总成为 5 000 N、驾驶室及乘员共重 5 000 N ,这 两个力分别按照安装位置分配到相应的支承节点上 ; 挂车载荷为 227 500 N,此载荷通过挂车鞍座施加给 牵引车车架 ,应将其分解为两个集中力和力矩分别作 用到鞍座左右两孔中心处 ,如图 2所示。
2)对 5 种工况的车架强度有限元分析结果表 明 ,改进设计方案的应力分布情况较原始设计方案 更加合理 ,并且在各工况下的最大应力值都有较为 明显的减小 ,而且侧翼板向前延伸可以有效地降低 车架应力数值 。
参考文献
1 历辉. 货车车架的等效载荷简化. 汽车工程 , 1994 (5) : 310～314