经典案例
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基于MSC Nastran的车架结构有限元分析

发布于:2018-03-13 21:47

有限元分析

       车架是发动机、底盘和车身中各总成件的安装基体,这些总成的质量及其传给车架的力和力矩,能造成车架有限元分析和疲劳破坏,传统强度分析只又车架建模,不能反映受载过程中各板簧协调变形又应力分布的影响。以在开发的轻卡为研究对象,应用前处理AppHyperMesh和MSC Nastran求解器,建立车架及简化悬架模型,进行典型工况的静强度分析,并根据计算结果提出多种改进方案,有效避免该车架的强度风险。
       该车架为边梁式冲压铆接车架,两侧为2条纵梁,中间为若干条横梁,横梁与纵梁之间用连接板过渡,纵梁、连接板、横梁均采用铆钉连接。根据结构特征,车架薄壁结构均采用三维壳单元离散。车架通过悬架与车桥连接,为使计算分析中车架的支撑边界符合实际情况,将钢板弹簧等效为一根水平放置的矩形截面梁。对于副簧承力工况,同样按等效矩形截面梁处理,主副簧中点用RBE2连接,副簧两端点与两限位块之间建立位移约束方程MPC。为副簧端点向位移UZ。为限位块下端面中心点:h为空载时副簧端点与限位块下端面中心点垂向间距。使副簧端点与限位块下端面垂向间距保持恒定,以主从节点将等效梁两端点与相应车架上的钢板弹簧吊耳之间模拟成刚体结构,等效梁宽度W为式中:K为板簧夹紧后垂向刚度;L为板簧压平状态吊耳与卷耳端水平间距;E为等效梁材料弹性模量。为模拟实际情况,各等效梁中点取为本文模型的支撑点,有限元模型见图。动力总成和车身质量施加到相应安装点,车厢和负载质量施加到车架纵梁上翼面接触车厢底部的所有单元上,困弯曲工况约束两前轮UX,UZ,两后轮UX,UY;扭转工况约束左前轮UZ,右前轮UY,这些风险位置是受载较大位置或纵梁截面突变位置,应力较大,需进行结构优化。
       原结构在4种工况下的应力分布,根据应力分布结果,找出强度风险较大位置。优化措施前横梁加宽10mm,与纵梁连接的铆钉孔增加1个,取消前横梁底部三角形垫板,主要目的是增加车架前端局部扭转刚度,优化措施。变速箱悬置横梁加长,穿过纵梁腹面,与纵梁外腹面焊接,横梁连接板由4mm加厚至5mm。主要目的是降低悬置横梁接头处的应力,提升变速箱悬置安装点刚度,优化措施。变速箱悬置横梁处上下角板改为整体内衬,并适当加长,内衬两端切成斜角使过渡平缓,主要目的是增加该部位局部强度,提升车架整体刚度,优化措施。后簧前后支座处2根横梁连接板减短,主要目的是削减结构冗余部位,节省板材,实优化后各工况下整体应力水平均有下降,优化后各工况应力分布,优化措施,增加内衬板后,车架侧弯部位的强度明显提高,应力水平大约下降40%;优化措施。

                                                                                 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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