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半挂车车架强度分析
赵紫纯
中北大学,山西太原030051)
摘要:在应用UG软件建立.车架的维模型的基础之上,根据有限元原理使用 NX NASTRAN软件对半挂车车架进行强度分析
通过对车架的静态分析,得出静载荷作用下车架的应力和应变集中区,车架的静强度和刚度均满足使用要求。对车架进行模态分
析得出车架的各阶有频率及振型,比较车架受到的外部激振频率,避免产生共振,造成车架被损坏的危险
关键词:车架;静态分析;模谷分析;有限元
Strength Analysis of a Semi-trailers Frame
ZHAO Zichun
North University of China. Taiyuan Shanxi 030051, China
Abstract Based on the 3d model of a frame, the strength distribution of the frame was analyzed by using NASTRAN software. Through
the static analysis of the frame, come to the stress and strain concentration area on static loads frame. The static strength and stiffness of frame
shall meel the requirements. On modal analysis of the frame, it concludes that the natural frequency and vibration mode of the frame was
made. Comparison of the vibration frequency of the outer frame, it is for avoiding resonance and causing damage of the frame
Keywords: Frame; Static analysis; Modal analysis; Finite element
0引言
2静态分析
车架作为汽车承載基体,支撑着发动机、离合器、变速
边界条件处理
器、转向器、非承载式车身和货箱等所有弹上与质量有关的
依据所选择建立的有限元模型,参考设计要求和具体使用
机件,承受着传给它的各种力和力矩,其可靠性关系到整车能
情况。根据半挂车车架实际使用约束位置,不考虑钢板弹簧的
否正常行驶,以及整车的安全性。当今,对车辆轻量化和降低
成本的要求越来越高,为同时满足这些要求,以往的经验类比
作用,作以下约束处理
法已经不适用,随着计算机技术的发展,现普遍将有限元法应
(1)在半挂车车架前后支架的吊耳孔处采用全约束;
用到车架强度的计算中。笔者应用 NASTRAN软件对半挂车车
(2)在罐体前部将牵引销板的孔处采用全约束;
架进行了强度分析
(3)在结构的对称面上用对称约束。
半挂车车架模型的建立
2.2静强度计算结果及其分析
UG采用基于特征和约束的建模技术,具有交互建立和编
车架总体采用弹性模量E=2.1 ES Mpa,泊松比=0.3,
辑复杂实体模型的能力,可以快速地进行概念设计和结构细节
设计。这里采用自底向上的方法,即由已建立的单个部件的三
屈服强度δ=235MPa,抗拉强度δ=275~460MPa的碳素钢
维模型逐级地进行组装,最后组成装配件。装配时按照由小到
Q235。在有限元分析过程中经处理得车架总体应力分布云图
大由前到后的顺序装配好各个组件。装配的先后顺序是:主纵
,位移分布云图3。
梁一一前后端梁一贯通称一一边梁一一边称一一牵引板
称一一边斜称ー一中间称一一牵引板一支架一一悬架斜称。
装配完成后对车架各零部件进行布尔求和运算。在考虑模型结
712e062
构特点,分析类型和精度要求后对车架模型进行结构简化,如
图1所示。
299e00a
图2车架总体应力分布云图
图1车架模型
究与开
Automobile Parts 2011. 07
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由应变分布云图可知:整个车架的总体应变较小,只是在
212e+000
车架边纵梁中部附近区域变形相对较大,其最大变形值是
分3se000
1.741e+
2.128mm,如图6所示。所以从静态角度讲车架的刚度也满足
1.5e
使用要求,只是在车架中部变形相对较大,可以适当増加此位
置上主纵梁、边纵梁和贯通称的刚度,以减小车架变形。
0.one+000
图3车架总体位移分布云图
由应力分布云图可知:整个车架的总体应力较小,只是在
部分区域应力较集中,包括前支架与车架连接区域、牵引销孔
处和边称和主纵梁连接部分。如图4、5所示可看出最大应力
图6车架中部位移分布云图
集中在后部悬架支架附近区域和牵引销孔处,其大小为51.8
MPa,半挂车车架所选钢材的屈服极限为235MPa,可知车架3模态分析
上最大应力值远小于材料的屈服极限。所以从静态角度讲车架
3.1模态分析前处理
的强度满足车架的性能要求,可减少贯通称和边斜称数量,以
由于实际支撑条件下的有限元分析很难实施,而从理论上
节约生产成本,减少浪费。
讲,可以通过数学建模的方法得到任意约束边界条件下的特
性。因此文中车架有限元模态分析不采用任何约束,以求接
近模态试验效果。
计算频段的选择应考虑到车架在实际运行条件下可能出现
的激振频率范围。而高频模态贡献的大小取决于激振频率和激
振力的分布状态。因此,计算频段应略高于激励力的频带。考
虑到实际的运行速度、路面条件、车架、其他部件,以及综合
分析的需要,选取前十阶模态固有频率作为其计算频段。
在分析动态特性时,需要计算高阶模态,由于高阶振型较
为复杂,所以应选择较多的网格。此外,选择网格数量时还应
考虑质量矩阵的形式,一致质量矩阵的计算精度高于集中质量
矩阵,所以在采用一致质量矩阵计算时可以划分较少的网格,
图4牵引销孔处应力分布云图
而采用集中质量矩阵时则应选择较多的网格?。
3.2模态分析结果
对车架进行的自由模态分析,分析结果的前10阶模态振
型如图7~16所示。从图中可以看出,第一阶模态是19.61
Hz,主要是扭转振型,车架两端振幅比较大,最大变形量为
4.459mm;第二阶模态为27.35Hz,主要是弯曲振型,最大变
形量在车架的两端和中部,最大变形量为3.161mm;第三阶
模态为45.88Hz,主要是二阶扭转振型;第四、五阶振型是扭
转和平面弯曲振型;第七阶振型主要是扭转振型;第八阶振型
主要是三阶弯曲振型;第九、十阶振型主要是局部弯曲振型。
图5前支架应力分布云图
图7-16中的模态属于高阶模态。整个模态分析的频率及振型
特征如表1所示。
2011.07 Automobile Parts
研究与开发
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