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自卸車副車架是為避免車廂貨物對底盤車架(簡稱主車架)產(chǎn)生應(yīng)力集中而設(shè)置的專用裝置，是銜接專用底盤主車架與專用貨廂的重要承載部件，其設(shè)計的合理性對整個車輛的使用性能有著極其重要的影響。目前，國內(nèi)對車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計大都采用經(jīng)驗(yàn)法，這種方法設(shè)計周期長，而且投入大，而國外的車輛設(shè)計己經(jīng)廣泛采用CAE技術(shù)，可使整車開發(fā)過程大為縮短。本文利用大型通用有限元分析軟件ANSYS對某廠生產(chǎn)的重型載貨汽車的副車架進(jìn)行強(qiáng)度分析，說明有限元分析法在自卸車副車架強(qiáng)度分析中的應(yīng)用，為CAE軟件在國內(nèi)專用車設(shè)計中的應(yīng)用做了有益的探索。
該車主車架為邊梁式結(jié)構(gòu)，由左右2根縱梁和7根橫梁組成，俯視呈魚肚形不等寬結(jié)構(gòu);為使副車架與主車架有較好的連接，副車架與主車架的結(jié)構(gòu)基本相同，為邊梁式，俯視呈魚肚形，由2根縱梁、5根橫梁、后翻轉(zhuǎn)軸及加強(qiáng)梁和若干加強(qiáng)肋組成，副車架與主車架通過U形螺栓和止推板進(jìn)行聯(lián)接，該自卸車的車架結(jié)構(gòu)如圖所示。實(shí)體模型的建立，由于該車副車架的結(jié)構(gòu)比較簡單，大部分為直線形結(jié)構(gòu)，所以采用有限元軟件ANSYS自帶的建模功能對其進(jìn)行實(shí)體建模，在實(shí)體建模過程中采用藕合節(jié)點(diǎn)自由度的方法模擬該車主、副車架的聯(lián)接。考慮到有些細(xì)節(jié)部分對計算結(jié)果影響很小，但卻極大地影響計算速度，所以在建模時，適當(dāng)?shù)膶?shí)體模型做了簡化：①忽略非承載件的影響；②忽略部件上不需特別關(guān)注的小圓弧過渡；③認(rèn)為結(jié)構(gòu)中的焊接是理想焊接；④去除車架上非用于裝配的。(2)有限元模型的建立 有限元模型建立的好壞是有限元計算結(jié)果準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵。為了獲得較好的計算精度，本文采用實(shí)體單元Solid45建立有限元模型，即在建模時采用計算精度高，模擬能力強(qiáng)的實(shí)體單元對副車架進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在劃分網(wǎng)格過程中設(shè)定離散副車架幾何模型的單元尺寸為20 mm，離散主車架幾何模型的單元尺寸為40 mm，共劃分約23萬個單元。通過對主副車架疊合面的尺寸控制來處理節(jié)點(diǎn)不匹配問題。所建立的有限元模型如圖所示。
因?yàn)楦避嚰苁欠治龅闹攸c(diǎn)，主車架是副車架的依附基礎(chǔ)，而懸架和輪胎與主車架連接，并未與副車架直接連接，所以將該車架有限元模型的邊界條件進(jìn)行處理：在前橋的2個輪胎與地面的接觸點(diǎn)向主車架下表面的投影處設(shè)置約束。由于兩后橋之間的距離相比主車架長度很小，且兩后橋采用一個聯(lián)合懸架與車輪聯(lián)接，所以在兩后橋中心線與主車架下表面的交點(diǎn)處設(shè)置約束。
礦用自卸車的工作場所主要是礦山、野外等自然條件惡劣的地方，這些地方道路顛簸，崎嶇不平，或者就根本沒有道路。根據(jù)這些實(shí)際使用條件，選取純彎曲工況、彎扭聯(lián)合工況，以及自卸車卸貨時的關(guān)鍵工況(簡稱卸載工況)作為分析對象，來對自卸車的強(qiáng)度進(jìn)行分析。純彎曲工況：該工況主要模擬自卸車滿載時，在水平路面勻速行駛或者靜止時副車架的受力情況。此時，副車架所承受的載荷主要來自貨廂和貨物等的重力，載荷方向向下，有使副車架在水平方向上產(chǎn)生彎曲變形的趨勢。這是副車架最基本的變形形式，而且在任何工況下都會存在，因此對此工況的分析很有必要。用有限元模型分析車架純彎曲工況時，分別對4個車輪(兩前輪和后兩橋中心線在主車架下表面上的投影處)進(jìn)行不同的約束，選擇約束左前輪的z方向自由度，約束左前輪和右后輪的X方向的自由度，約束4個車輪的Y方向自由度。按照載荷作用的形式將各總成及駕駛員的質(zhì)量以集中力的形式施加在副車架的相應(yīng)位置上，將裝載質(zhì)量以均布載荷的形式施加在副車架的相應(yīng)位置上，以設(shè)置重力加速度的形式施加車架的自重。
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