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汽车起重机车架的有限元分析

发布于:2016-05-31 20:46
有限元分析

      车架是汽车起重机3大结构件中的一个重要部件,在工作中是整个机器的基础,其强度和刚度对保证整车正常工作具有重要意义。车架是一个受空间力系的复杂超静定结构,目前生产厂家仍采用常规的解析法进行设计计算,而为了实现计算,通常需作一些假定:(1)转台部分视为刚体,(2)忽略车架中的诸多隔板、加强板等,(3)支腿视为对称布置,(4)计算时,对上车载荷简化到转台回转中心的集中力和力矩不作处理。然后再用梁模型计算截面应力。而实际上,车架是用薄板焊接成的大箱形结构,其精确的模型是板壳模型,解算这种模型比较好的方法是有限元分析法,可以全面、细致地分析整个结构的应力和变形。故本研究采用这种方法来分析计算。汽车起重机车架,并以吊臂位于正侧方时的工况为例说明整个分析过程。
      汽车起重机车架主体部分为倒凹字型薄壁封闭大箱形结构,为加强车架的抗扭转刚度,中间还加了8块横向隔板。为保证回转支承的刚性,转台部位加设了多块纵、横向撑板和斜筋板,其上还焊接有回转支承座圈。车架采用H型支腿,固定支腿与车架通过焊接在一起。工作时,活动支腿伸出并支承于地面承受载荷。在进行分析时,由于前段外伸部分在起吊重物时不起作用,故只选取包括前后支腿在内的车架后段作为研究的对象,将前段忽略不计。在实体建模时,对车架尽可能不作任何简化。车架及支腿均视作薄板构成,取薄板中面尺寸造型,而座圈则按实体造型。对于固定支腿与活动支腿的连接,虽然它们是一种接触连接,而非固定连接,但为了实现整体结构的传力,故在模型中将2者固连。综合利用自上而下、自下而上以及布尔运算等方法进行建模。
      划分网格时,板用板壳元shell63来离散。shell63是一种4节点线弹性单元,遵循基尔霍夫的假定,即变形前垂直于中面的法线变形后仍垂直于中面,且其可以同时考虑弯曲变形及中面的膜力,比较符合车架的实际受载情况。实体采用8节点6面体单元solid45进行划分,其还可以将实体划分成四面体形状。考虑到转台座圈与上盖板连接周围、活动支腿与固定支腿搭接处附近是应力集中部位,故采用较多单元进行划分。如图所示,模型规模为64928个单元、49707个节点。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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