汽车起重机重要构件有限元概述及车架底盘轻量化设计

《汽车起重机重要构件有限元概述及车架底盘轻量化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、汽车起重机重要构件有限元概述及车架底盘轻量化设计1前言1.1起重机概述起重机械在帮助人类进行各项生产过程中，实现了以往无法实现大件物体的吊装和转移，例如重型船舶结构分段组装，大型化工反应塔的总体吊装，以及体育场馆钢屋架整体吊装等。起重机械的应用有巨大的市场需求和良好的经济性，近几年我国起重机械制造行业的发展比较迅速，年均增长率约20%。由于从原材料到最终产品的生产过程中，运用起重运输机械对物料的搬运量通常是最终产品重量的几十倍，甚至数百倍。根据统计，在机械加工行业每生产1t成型产品，在加工过程中需

2、要装卸、搬运50t物料左右；在铸造过程中需要搬运80t物料左右；在冶金行业每冶炼1t钢，要搬运9t原料，各车间之间的转运量为63t而车间内部的转运量达160t之多。起重运输的费用在传统行业所占的比例也较高，比如机械制造业中用于起重运输的费用会占整个生产费用的15～30%，在冶金行业中用于起重运输费用占整个生产费用的35～45%，在交通运输行业，货物的装卸和储存都需要依靠起重运输机械，根据统计，海运费用中仅装卸费用就占总运费的30～60%（徐平涛，2012）。..1.2汽车起重机特点及未来发展方向目

3、前，起重机零配件的设计与开发已实现标准化和商业化，起重机设计人员仅需按照目标的要求及相应的标准进行选型即可。但对于大型金属结构件（比如车架），由于它的几何结构及相互连接关系的特殊性和复杂性，大多由企业自行研发和生产（刘嵩锋，2010）。汽车起重机的优点为机动性好，转移方便，而缺点是在工作时须将支腿支出，且不能超负荷作业，不适合在较松软或者泥泞的场地上作业。汽车起重机整个底盘性能与等同整车总重的载重汽车相同，需要符合公路车辆技术要求，因此可以在各类公路上行驶。这种起重机一般有上车和下车两个操纵室，作

4、业时必须将支腿伸出以保持稳定。起重机的起重量范围较大，可从8t到1000t，底盘的车轴数为2～10根，是产量最大，使用最广泛的起重机类型（刘中星，2013）。汽车起重机各部分组成见图1-2。.2有限元方法及其应用2.1有限元的基本思路及解题步骤有限元方法的应用是将计算区域划分为有限个相互不重叠的单元，单元内选择合适的节点作为求解函数的插值点，微分方程中的变量可改写成线性表达式，该式是由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插

5、值函数形式，便构成不同的有限元方法（汪伟，2009）。有限元方法最早应用于结构力学，后来随着计算机的发展逐渐用于流体力学的数值模拟。在有限元方法中，将计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元，在每个单元内选择基函数，用单元基函数的线形组合来逼近单元中的真解，整个计算域上总体的基函数可以看作是由每个单元基函数组成的，则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成（许尚贤，1995）。有限元法突出的特点就是将要分析的结构进行离散化，这也是有限元分析首先和最重要的一步。此方法是将工程项目中实

6、物结构体或者连续体进行结构离散化，将其分割为更小的单元。这就要求工程人员须找出和实际物体的各部分单元相一致的单元来进行匹配，进而最后确定单元大小、数量和布置（洪恺，2011）。2.2板壳结构板壳结构是指板的厚度t与其它两个方向的尺寸相比小得多。板壳结构的板可以是平板也可以是单曲面或双曲面板，同时可以承受任意方向上的载荷，也就是既有作用在平面内的载荷，又作用有垂直于平面的载荷。一般板壳结构处于三维应力状态（Du，2010）。结构是否为板壳问题，需要确定厚度与其它方位尺寸的比值，如果1/80≤t

7、≤1/10可以归结为板（薄壳）问题，若介于1/10≤t≤1/5之间属于厚壳问题，若t﹥1/5则不属于板壳结构问题（Avontuur，2002）。板壳单元的力学模型取为结构单元的中性面，即以各中性面来代表为不同厚度的板或壳单元的组合体，以此来模拟结构体。在工程有限单元法的软件设计中，常常将板壳结构划分成薄板、厚板以及壳单元（Altenbach，2011）。板壳单元结构示意图见图2-1。本章主要介绍了有限元的发展历史和趋势，有限元的基本思路及解题步骤以及板壳机构的分析计算，分析了薄板

8、、厚板及壳单元的应力、应变等基本方程，着重分析了shell63单元的节点力、节点位移、应力应变矩阵方程，从理论上了解了有限元的分析及计算过程，为进一步的有限元分析奠定了基础。.3汽车起重机转台和支腿有限元计算.....183.1转台有限元分析....193.2支腿有限元分析....233.3小结......254汽车起重机车架底盘有限元模型的建立.........274.1汽车起重机车架底盘的总体布置......274.2车架有限元模型的建立....294.3车架模型材料的选择..