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b基于HyperMesh


基于HyperMesh-Optistruct 自卸车大箱有限元分析
□文 / 梁江波  吕景春  王继锋  毕胜利(陕西重型汽车有限公司) 1 引 言
随着全球能源危机的日益加重, 石油价格不断地攀升,加之国家对超 限车辆检查力度加大。如何减轻整车 整备质量以提高整车承载质量,如何 降低燃油消耗,已成为广大用户越来 越关注的焦点问题。 放眼国外的自卸车市场,欧美的 专用车设计和制造水平世界领先,自 卸车的设计制造也走在了全球的前 列。高强度钢、铝合金、工程塑料被 越来越多地应用在自卸车的制造上。 在国内,据有关资料显示,目前使用 高强度钢板材制造自卸车箱的基本属 于空白,潜在的市场非常巨大。鉴于 此,为了解决自卸车目前存在的问题, 同时为了进一步提升我公司自卸车的 品质,赢得更多的市场资源,我们有必 要开发一款高强度钢板自卸车箱,以 改变现在自卸车的使用状况,并为未 来的市场争夺一席之地。
12 《重型汽车》H E A V Y   T R U C K   2 0 0 9 . 4 .

2 高强度钢板自卸车箱结构设计 特点
①车箱主体采用当前欧洲流行U型 自卸车箱结构。其主要特点: 自重轻,载重大,能装载更多的 有效载荷,间接地提高了装载效率; 降低油耗,为用户创造更大效益;重 心低,稳定性好,举升时货物更易居 中,角部不粘余料,便于卸货;整体 式承载,没有或只有很少的加强筋, 焊接量小;使用寿命长;外观设计较 为现代化,外表面有大的平面,便于 粘贴广告或其它图案。 ②该车箱内尺寸为 (mm ) :7400× 2300×1160。该尺寸车所对应自卸车 型为公司自卸车非主流车型,且其底 盘较为成熟,比较适合新车箱的投放 和推广。 ③该车箱由于采用高强度钢板, 通过与以往相同尺寸车箱比较,在取 得相同的强度和刚度的情况下,改变

结构尺寸,使得车箱质心高度降低 1 4 0 m m 。车箱后板采用前倾8 0 °,这 样可以使后门更为贴合,货物散落更 少,8 5 °角度的选择是借鉴国内相近 成熟产品。

3 自卸车大箱有限元模型的建立
在H y p e r - M e s h 9 . 0 中,选择 OptiStruct模板,副车架后面的翻转轴 套和大箱后门的开启门栓采用三维的 六面体单元类型,大箱的前板总成、 侧板总成、后板总成、底板总成和副 车架主要件均采用二维壳单元,通过 对其进行抽取几何中面的方法,进一 步分别对其进行二维网格的划分,U 型箱采用单元尺寸50mm,其他部分采 用单元尺寸2 0 m m,完成后大箱的有限 元模型如图1所示,模型的网格节点数 为208245,单元数为199156。

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材料属性
通过对大箱赋予材料属性,即材

Qichejishu

U 型大箱施加静水压力线形压强,折 合载重量7.4 大箱长) ( ×2.3(宽)×1.16 (高) . 8 砂石密度) . 5 ×1 ( ×1 (动载系 数,即1.5倍重力加速度) =53.31t,如 图3所示。
图1 自卸车大箱网格划分结果

6 大箱计算结果分析
如图4 至图9 为大箱的计算结果分 析云图,分别为静水压力线形变化压 强下大箱整体应力结果、U 型箱应力 结果、前板总成应力结果、侧板总成 应力结果、后板总成应力结果、底板 总成应力结果。从分析结果可以看 出,在静载时,大箱各部件总成最大 应力均未超出材料的屈服极限,车箱 的结构设计是合理的;分析过程中, 动载系数取1.5,分析结果趋于安全。
图8 后板总成应力结果 图7 侧板总成应力结果

料:510L,屈服极限:355Mpa,弹性模 量:206800Mpa,泊松比:0.3,密度: 7.82×10 -9t/mm 3,大箱上的二维壳单 元根据分别对应实际几何体的厚度 值,须要分别赋予不同的厚度。

5 约束和载荷的施加
大箱上的各部件,根据具体的焊 接关系,采用R b e 2进行刚性连接,根 据大箱静载过程的实际,大箱和副车 架之间施加接触,采用1 D 里面G a p 单 元,在副车架前后两端约束自由度1 , 2,3,4,5,6(1-X 方向的平动自由度; 2-Y方向的平动自由度;3-Z方向的平 动自由度;4 - X 方向的转动自由度; 5-Y方向的转动自由度;6-Z方向的转 动自由度),如图2所示。

图9 图4 车箱应力结果

底板总成应力结果

7

结束语
文章针对目前国内重卡行业自卸

车存在的普遍问题,提出了高强度钢 板自卸车箱的设计思想,采用 HyperMesh9.0-Optistruct对某一款高 强度钢板自卸车箱进行了有限元网
图2 大箱约束关系图 图5 U 型箱应力结果

格的划分,为了更好接近实际大箱 的受力状况,对U 型箱施加静水压力 线形变化压强,取动载系数为1 . 5 , 大箱和副车架之间采用G A P 接触单 元,对副车架两端施加约束,提交 求解后,得到了比较理想的分析结 果,初步验证了设计的合理性。采用 HyperMesh9.0-Optistruct求解网格单 元较多的大模型,一般只需3 0 分钟左 右 G 内存的普通计算机) (1 ,大大缩短 了C A E 分析求解的时间。

除此之外,考虑大箱实际装载的 货物较重,取装载物为石沙,密度为 1.8×10 -9t/mm 3,动载系数为1.5,对

图 3 大箱静水压力线形变化压强分布

图6

前板总成应力结果

参考文献略。
2 0 0 9 . 4 .   H E A V Y   T R U C K 《重型汽车》

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