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1、重型自卸车车架的有限元分析及其早期断裂原因分析(硕士论文)华中科技大学硕士学位论文摘要某汽车公司的重型自卸车在产品的开发、试验和用户的使用过程均发现有车架结构的早期断裂问题,主要位于车架折弯的变宽度的地方。为此,从理论和有限元分析、电测实验着手,研究车架出现应力集中的地方,找出了车架早期断裂的原因,通过减小或消除该处的应力集中来解决早期断裂问题,并提出改进方案。本文建立了以壳单元为基本单元的车架有限元计算模型,在此模型的基础上首先进行车架静强度分析和静态电测实验,得到车架在典型工况下的应力分布情况:其次对车架做模态分析,得到车架的各阶段固有频率和固有振
2、型;最后做动态电测实验,得到车架在典型路面激励下的位移响应和应力响应。根据有限元分析结果和电测实验结果,分析出车架过早断裂的原因,提出改进方案,并对改进后的车架进行公里的坏路面的可靠性实验以验证改进方案。本文对该型自卸车车架的有限元分析方法和过程,适用于各类车架的设计与分析。关键词:车架有限元法模态分析自卸车断裂疲劳华中科技大学硕士学位论文,.;.,.,;,;;.锄.:华中科技大学硕士学位论文引言.课题目的和意义..目的自卸汽车不仅要满足车辆行驶的需要,而且要完成货物的白卸。由于车辆工作的多工况,车辆结构受力复杂并在崎岖的路面行驶,因此经常在使用过程中
3、发生的车架结构早期断裂破坏。这种现象已经成为困扰汽车设计部门的难题,并造成了明显的经济损失。本课题以某重型自卸车为研究对象,对该车的静力和动力学特征进行分析;结合的分析结果建立相关的载荷及位移的边界条件,对车架进行有限元分析并进行车辆结构的静态和动态的强度实验。在此分析和实验的基础上分析车架发生早期断裂的原因,并根据计算结果提出改进意见,达到强度可靠、结果合理、减少工时、降低车辆结构重量的目的。..意义车架是汽车的重要组成部分,在汽车整车设计中占据着重要位置,车架结构设计历来为广大汽车厂商所重视。随着科技的进步,国际上汽车车架的开发和设计己由经验、类比
4、、静态设计方法,进入建模、静动态分析、动态参数优化阶段,并向基于计算机平台的虚拟设计发展。国内车架设计,尤其是轿车、客车和载重货车车架设计仍以引进技术为主,车架分析和设计能力较低,与国外先进水平有较大差距。对于白卸车来说,由于常常用于矿山、工地、港口等环境复杂的场所,多在道路不平,超载严重的恶劣条件下使用,设计不合理会引起车架发生早期断裂问题。如何建立起自卸汽车结构的科学设计准则和运用优化的技术提高车辆的设计水平,是目前国内企业设计开发部门急需解决的问题。本课题研究的车架纵梁在变截面处华中科技大学硕士学位论文的应力过高,该处和横梁的连接不合理,使该处容
5、易断裂;且飞机板很长,造成平面扭曲,而飞机板上的孔和车架翼板上的铆接孔不是同时钻的,造成孔的同心度不好,给铆接工艺带来困难,而过长的飞机板在使用过程中既达不到提高车架刚度的作用又使得加工时不得不使用效率极低的切割加工方式,形成整车加工的瓶颈;同时各车型使用长短不一的飞机板也不利于生产效率的提高和管理。本课题从理论和有限元计算两方面着手,分析车架在各个工况的应力和变形情况,找出发生断裂的原因,同时将飞机板重新设计,将它缩短%以上,并使新飞机板连同上面的铆钉孔可以通过冲压直接成型并做到所有车型使用统一飞机板,既提高生产率又降低成本;本项目的实旌还能为东风柳
6、州汽车有限公司的结构设计人员积累现代设计方法的经验,提高建立汽车动力学模型的水平,探索现代结构的动、静态分析方法,将其应用于产品设计的性能分析阶段,为减少开发时间、节约成本、提高设计水平做出有意义的尝试。.国内外的概况从年代开始,随着大容量计算机的出现和美国宇航局结构分析程序的开发成功,美国几家大的汽车公司开始了一场汽车结构设计的革命,..,.和.等人在美国杂志发表了一系列介绍汽车的有限元模型的文章。年,和发表在“’上的一篇文章全面评述有限元技术在整个小客车模型上应用的情况。进入年代以来,随着计算机软硬件技术的飞速发展及计算方法的创新,有限元模型建立的
7、技术和方法日趋丰富和完善,模型的规模也从最初的几十、几百个简单单元发展到如今的几万甚至几十万个混合单元,分析对象己由静态应力到动态响应、噪声、碰撞和优化设计。应用大型有限元软件,建立汽车的有限元模型,进行汽车的动静态分析,完成汽车的优化设计,己是各大汽车公司普遍采用的一种手段。美国福特汽车公司华中科技大学硕士学位论文在年代即使用软件,用板梁单元进行车身的静态分析,找出高应力区,并改进应力分布。日本五十菱汽车公司在年代末己将应用到车身设计的各个阶段,从最初设计阶段的粗略模型到设计中、后期的细化模型,分析的范围包括强度、刚度、振动、疲劳、碰撞及形状和重量的
8、优化【】。从年代至今,有限元分析得到更为广泛的应用。美国通用汽车公司在通用有限元程序的基础上自
