汽车双层纵梁结构中的铆接特性有限元分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第5期(总第156期)机械工程与自动化No．52009年1O月MECHANICALENGINEERING＆AUT0MAT10NOct．文章编号：1672—6413(2009)O5—0071—03汽车双层纵梁结构中的铆接特性有限元分析郝庆军，郭顺生(武汉理：12大学机电3-程学院，湖北武汉430070)摘要：针对以往对双层纵梁结构采用刚性连接模拟导致计算应力比实际应力偏低的问题，运用有限元软件ANSYS，对双层纵梁结构中的铆接模拟方式以及不同铆钉安装方式对纵梁强度

2、的影响进行了探讨，从而为车架整体分析计算提供参考。关键词：车架；双层纵梁；铆接；有限元分析中图分类号：U463．326文献标识码：Al问题的提出2所示。为了方便后续的网格划分、减少计算工作量、边梁式车架是目前中、重型载货汽车车架中使用提高计算效率，对实体模型做如下简化：最广泛的一种结构形式，左、右纵梁与中间数条横梁(1)部分离应力集中区域较远的圆弧过渡简化为大多通过铆接的方式连接起来共同承担车架上的载直角，工艺上需要的倒角、拔模斜度等都不予考虑。荷n]，其中铆钉也承受了很大的载荷。为了增大车架结(

3、2)车架上有些构件，如销孔、线路孔、吊环孔构的强度和刚度，同时减少对纵梁生产设备的要求，近等，仅是为了满足功能要求而设置，对结构的强度没年来国内外一些中、重型汽车上都应用了双层槽钢主有很大影响，可以忽略。副纵梁结构。但是，由于设计中对铆钉连接的双层槽外纵梁钢的传力特征认识不足，使得使用过程中一些车架出现早期断裂现象(如图1所示)，或使车架材料用量过多，增加了整车重量和生产成本。图2车架零件安装示薏图2．2单元离散方式的选取采用梁单元建立的车架模型计算精度较低，难以反映接头区域的应力分布；而采用实体

4、单元来表述车图l纵梁断裂图架模型从计算经济性考虑还是有所欠缺]。考虑到车因此，在进行铆接车架有限元分析时，有必要弄架梁的总体尺寸和结构特征，我们采用的办法是将车清楚铆接部位的受力状况，以及不同铆接模拟方式对架内纵梁、外纵梁、横梁和连接板实体以中面形式抽于分析结果的影响。本文基于有限元分析软件取出来，并用板壳单元离散，本文采用壳shell63单元。ANSYs1O．0，结合某油罐车车架静强度计算分析，对2．3铆接特征的模拟车架双层纵梁中的铆接特性进行了探讨。根据不同计算模型和计算精度的要求，允许连接2

5、有限元模型的建构方法特征处理的差异性。过去的方法是使用刚性连接来代2．1几何模型的简化处理替柔性连接，或将车架当作一个整体零件来处理。这车架纵梁、横梁以及连接板之间的位置关系如图样忽略连接处的柔度将无法准确计算该区域的应力分收稿日期：2009—07—16作者简介：郝庆军(1981一)，男，湖北广水人，在读硕士研究生，研究方向为机械CAE。学兔兔www.xuetutu.com·72·机械工程与自动化2009年第5期布，给计算结果带来误差]。层槽钢腹板的应力比外层槽钢腹板的应力明显偏低，由于梁单元可以

6、很好地反映出拉压和剪切变形，外层槽钢腹板上的剪力不能有效地向内层槽钢传递。而多点约束单元是常在工程实际应用中被用来作为传并且，在铆钉连接处应力集中，在设计中应充分考虑递力和力矩的刚性组件]，因此，可以采用梁单元这些因素。beam188与多点约束单元mpc184相结合的处理方式来模拟铆钉连接，如图3所示。需要说明的是，因纵梁各层间既有拉压应力，又有剪应力，故mpcl84的类型应选择RigidBeam方式。●I1L------—-·-●图5纵梁变形图表l不同情况下纵梁最大位移值计算模型纵梁最大位移值(

7、ram)以单层壳单元计算2．34以双层壳单元计算腹板铆接3．98铆钉间距500mrn翼板铆接4．49图3铆钉连接方式模拟3纵梁铆钉连接布局为探讨不同计算模型对计算结果的影响，本文设计了如图4所示的双层槽钢纵梁受力图，用不同的计算模型进行计算。其中，外纵梁截面为278mm×65mm×8mm，内纵梁截面为232mm×57mm×6mm。(1)不考虑铆钉因素，将双层槽钢看成整体结构，用单层壳单元计算。(2)考虑铆钉的作用，将结构离散成双层壳单元，r0～甜～。稍tI．37t．30．●7S0．，el‘，．65

8、589．，48各层之间仅在铆钉处相连，在腹板上或翼板上按图6腹板铆接、间距500mm时内纵梁应力分布500mm间距布置铆钉。p=O．1MPa沿粱的七翼板均布图4纵粱受力图4位移变形结果分析由于槽钢属于开口薄壁截面杆件，受横力弯曲时，若加载点与弯心不重合，则槽钢除了弯曲外还要扭转，凇毫一一辩0⋯其变形图如图5所示。1‘ll靛．2lI'●．，口3为便于比较各种情况下的计算结果，取腹板下沿图7腹板铆接、间距5O0mm时外纵梁应力分布Y方向(垂直方向)的最大位移进行比较，结果见表1。铆钉布