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自卸汽车铝合金车箱结构强度有限元分析

发布于:2019-04-29 17:52
有限元分析

      近年来,随着国家节能减排政策法规的实施,汽车轻量化研究不断深入。自卸汽车由底盘和上装两部分组成,其中上装部分占到汽车整备质量的40%左右,车箱占整个上装质量的75%以上。因此,车箱的轻量化研究对自卸汽车轻量化起着举足轻重的作用。某企业设计开发了一种自卸汽车铝合金车箱,减轻了整车自重。为使铝合金车箱满足使用要求,本文基于虚拟样机和有限元分析技术对铝合金车箱的结构进行了强度分析,为铝合金车箱的设计及改进提供了参考依据。
      车箱主要由2根主纵梁、底板、边板、前板、后板组成。车箱通过翻转支座与副车架连接。车箱长8200mm、宽2300mm、高1800mm;车箱采用6061-T6铝合金板,屈服强度为276MPa,抗拉强度为310MPa,弹性模量E=79000N/mm2,泊松比拼=0.330。车箱的有限元计算模型的网格划分是在HyperMeshApp中进行的。车箱各板采用边长20mm的板壳单元(Shell)模拟,后板翻转支座与车箱翻转支座采用三维实体单元(Solid)模拟,车箱焊接部位采用焊接单元(Rbar)模拟,焊接部位的节点采用焊接单元(Rbar)连接。整个车箱有限元模型由43835个单元、447084个节点组成。
      车箱有限元举升卸载工况:车箱翻转支座与副车架的铰接处约束x,y方向的平动自由度和x方向的转动自由度;车箱与油缸连接处约束Y方向平动自由度和x方向转动自由度。行驶工况:车箱翻转支座与副车架的铰接处、车箱与油缸的连接处均约束x,y方向的平动自由度和x方向的转动自由度;车箱底部纵梁与副车架接触处约束x方向平动自由度。作用在车箱上的载荷包括:作用在油缸与车箱连接处的举升力、装载的砂石对各板的作用力。举升力通过自卸汽车整车虚拟样机仿真计算得到后,分配到油缸与车箱连接处的相应节点上;装载的砂石对各板的作用力可按朗肯主动土压力理论进行计算,并直接加在各板的相应节点上。自卸汽车为某企业生产的8X4双前桥转向轮系布置型式的前顶自卸汽车,轴距为(1800+4600+1350 )mm;举升装置油缸为4级缸,各缸行程分别为1460mm,1470mm,1480mm,1487mm,车箱最大举升角为45°;车箱装载量为48000kg;前钢板弹簧的垂直刚度系数为200N/mm;后钢板弹簧的垂直刚度系数为2200N/mm;轮胎型号为11.00R20。图为采用多体动力学仿真分析AppSIMPACK建立的自卸汽车整车虚拟样机模型,图为油缸举升力随举升角变化曲线。仿真计算时,举升过程通过举升油缸与活塞间移动副的相对运动来实现。



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