SX360型自卸车车架有限元分析模型的建立及动静态特性分析

    汽车车架是整个汽车的一个主要部件,它的强度及刚度的强弱对整车的安全使用及性能的影响是比较大的。因而对汽车车架进行有效的强度、刚度校核是非常必要的。采用梁单元的有限元模型可以得到较好的变形结果,分析的初步结果是令人满意的,但应力分析的能力却是有限的[1]。由于梁单元本身的缺陷,例如梁单元不能很好地描述较为复杂的车架结构,且忽略了扭转时截面的翘曲变形,因此采用梁单元的有限元分析模型在汽车车架的有限元分析中的结果是比较粗糙的[2]。采用以板单元或板和梁单元混合应用做为基本单元建立有限元分析模型,对汽车车架进行有限元分析。重型自卸车是目前矿山运输的主要设备,由于它载重量大,又多工作于路况较差的野外,所以它的使用条件是复杂多变的,因而它的工作条件一般来说是比较恶劣的。特殊的工作条件使得重型自卸车所受到的动、静态载荷的变化是比较大的,尤其是在载重时受到凹凸不平的路面的随机激励对整车的性能是一个严峻的考验。我国某汽车厂生产的载重量为12吨的SX360型自卸车,在正常使用3～5个月后,行驶不足5万公里,车架便出现裂纹,在路面较坚硬,路况较差的青海、新疆等地甚至发生车架直接断裂现象,严重影响了整车的使用寿命和驾驶人员的安全。对于该车架进行分析,找出问题的原因所在,从而提出改进方案迫在眉睫。

    该车车架是边梁式车架结构,由左右分开的两根纵梁和七根横梁组成,该结构便于安装车身和布置其他总成,易于满足改装和变型的需要。车架长约7.8 m,前端宽0.8 m,后端宽0.62 m,整个车架是一个前宽后窄的变宽结构,纵、横梁板厚均为7 mm。纵梁为槽型,前部截面小于中部及后部,纵梁前端有一段是变截面的梯形形状;纵梁内有槽型衬梁,由纵梁前端截面改变处一直延伸到车架的末端。该车架共有7根横梁,第一根横梁呈Π形,二横梁为一不封闭的横梁,三横梁为“K”形横梁,第四、五、六、七横梁均为槽型横梁。各横梁直接或通过连接板与纵梁相连接,其中第三根横梁直接与纵梁翼板连接,整个车架结构参见图1。

    1　有限元分析模型的建立

    1.1　ALGOR FEA软件简介

    本文对车架进行有限元分析所采用的软件是美国AL-GOR公司90年代初开发的ALGOR FEAS有限元分析软件。该软件功能较强,除能够对一般结构进行静力、模态、随机振动、强迫振动等分析外,还可以进行热传导分析、非线性分析,复合材料结构分析及电场、流体流动分析等。该软件具有丰富的单元库,包含了板单元、梁单元、实体单元和边界单元等多种单元,为用户提供了方便灵活的建模工具。该软件拥有一个功能完备的前后处理模块,提供了丰富灵活的网格生成方法,它具有二维、三维显示,等位线和彩色色调连续分布图显示等功能,从而使计算结果更有利于分析,极大地降低了工程人员的劳动强度。