矿车车厢fem分析与优化设计

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1、矿车车厢FEM分析与优化设计摘要：本文对矿车车厢作业工况和失效形式进行分析，在此基础上运用FEM方法对其结构进行分析，在满足强度的前提下，优化结构设计，取得较好的结果。关键词：车厢；有限元分析；优化设计1作业工况及失效形式分析矿车主要用于露天煤矿、矿山运输散装物料等，其工作条件恶劣，载重量大。车厢主要承受装载物料时的冲击载荷、满载时的静载和运输过程中的动载，应具有足够的强度、刚度和抗冲击能力。根据实际作业条件不同，车厢具有多种工况，比如车厢满载，车厢举升和装料冲击等。满载是车厢工作时间最长的一种工况。车厢举升时车厢与车架无直接接触，受力最为严峻。车

2、厢各部分中，底板承受最大载荷，前板次之，侧板最小。底板的失效形式包括磨损，破裂，在强度足够情况下要考虑卸料磨损造成的钢板减薄。前板的失效形式有强度不够导致破裂，还有刚度不够导致变形过大。侧板的失效形式有刚度不够导致变形过大、磨损和破裂。2有限元模型的建立为加快计算，对模型作了合理简化，略去小孔倒角等细节。车厢3D模型如图1所示，根据位置和受力不同，可将车厢划分为底板、侧板、前板和后门四个部分。材料取各向同性线弹性模型，弹性模量E=2.05e+llN/m2，泊松比y=0.29，密度P二7.85g/mm3。模型规模：车厢单元总数340010个，节点总数

3、659538个。车厢满载开始举升时受力最为严峻，该状态下车厢纵梁与车架纵梁无任何接触，完全靠自身结构承载。有限元分析据此状态进行载荷和约束的建立，对车厢举升座和翻转轴座约束径向自由度，轴向和法向自由度释放。3静力学分析由于整个车厢比较复杂，如果对整个系统进行分析，找出薄弱环节后再优化再分析，工作量大耗费时间长。为缩短分析过程，本文先分别对车厢四个部分进行单独分析，在此基础上优化设计，最后再将优化后各个部分汇总分析，验证是否满足要求。这样既可保证设计质量，又减少了分析所耗费的时间，提高工作效率。图3为底板满载等效应力云图，底板最大等效应力为879Mp

4、a，位于翻转轴座与后横梁接触处。图4为底板满载变形云图，最大变形为9.6mm，车厢纵梁最大变形量7.4mm。图5为侧板满载等效应力云图，大部分区域十分安全，在加强筋尖角处应力集中明显。这种情况一方面是由约束固定造成的，一方面是模型尖角造成的。图6为侧板满载变形云图，最大变形为7.9mm，发生在侧板上横梁中部位置。4结束语(1)通过FEM分析，对车厢强度薄弱环节和总体应力分布情况有一个明确的认识。通过结构优化，使结构应力大幅度下降，并减轻车厢自重，降低成本。(2)本文对车厢各部分分开和综合分析的方法可以推广到其他产品，对其分析具有参考意义。参考文献[

5、1]李强，高耀东.有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用.机械科学与技术，2003.[2]余振伟，张强.SET230型电动轮矿用自卸车车厢数值分析研究.建设机械技术与管理.2010.