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1、Vol18No6机械研究与应用第18卷第6期200512MECHANICALRESEARCH&APPLICATION2005年12月设计与计算*车架静力试验与有限元静力分析梁剑,刘颖(西南交通大学机械工程学院,四川成都610031)摘要:进行车架的静力试验和有限元法静力分析,对比试验结果与有限元计算结果,分析两者误差原因,改进有限元模型,使得两种结果的误差在一定范围内,有限元法静力分析能够代替车架静力物理试验。关键词:车架;静力试验;有限元;静力分析中图分类号:TH1132+2文献标识码:A文章编号:1007-44
2、14(2005)06-0072-02车架是摩托车的主要承载部件,其强度至关重要。测试应变片参数见表2。试验数据的采集用某公司的eDAQ。出摩托车车架在静载荷时关键部位的应力和应变,有助于研由于摩托车后座垫上放置有数据采集箱和线缆(质量较轻不发人员快速判断车架的力学特性,并为车架瞬态动力响应分予考虑),不便于后乘员乘坐,因此做试验时只有前乘员一种析提供参考。静力试验的结果用来与有限元静力分析的应力工况,质量为85kg。试验时车架装在整车上进行,前乘员坐在应变进行对比,校准有限元法静力分析的有限元模型。前座垫上,持续60s,连续做2次。1静力试验1.1重要试验设备表2应变片
3、的参数(1)摩托车:摩托车额定载荷为150kg。代号名称灵敏度备注(2)数据采集分析系统:数据采集系统使用某公司的S11/2Bridge2.085S21/2Bridge2.085eDAQ数据采集系统。S31/2Bridge2.085eDAQ的技术参数如表1所示。S41/4Bridge2.085S51/4Bridge2.085S61/4Bridge2.085表1eDAQ的技术参数S71/4Bridge2.085工作电压12V~18V(直流)S81/2Bridge2.085最小启动电12VDC内存4MBRAM可利用ATA闪存和ATA驱动盘扩充1.3试验结果Currentaw12W采样
4、速率2500Hz(High-LevelBoard)、10kHz(Low-LevelBoard)将2次试验的测试结果取平均值,经计算后得到的应变平面尺寸2823cm见表3。应变片零点漂移是指对于粘贴好的应变片,当温度重量3kg(不同配置有所不同)恒定,不承受应变时,其电阻值随时间的增加而变化的特性。操作温度-20~+65抗冲击20g产生原因主要有敏感栅通电后的温度效应、应变片的内应力扩展性Low-Level板卡、High-Level板卡、ICP和热电偶逐渐变化和粘结剂固化不充分等。1.2试验过程表3试验结果数据在摩托车车架上布置8个应变片,具体布置位置如图1序号应变片零点漂移
5、实测数据应变所示。S1-5.8-61.1-55.3S2-12.3-55.9-43.6S3-18.0-78.8-60.8S4-2.35.47.7S5-65.1-129.7-64.6S6-4.9-67.0-62.1S7-3.5-69.6-66.1S8-23.28.031.222车架有限元静力计算[1,2]车架有限元静力计算过程及结果:(1)划分单元:将Unigraphics软件建的三维模型经过适当简化后导入到MSC.Patran里,用四面体四节点单元划分网图1传感器及应变片布置图格,共划分了87073个单元,27735个节点。*收稿日期:2005-07-06作者简介:梁剑(1973
6、-),女,四川攀枝花人,研究生,研究方向:机械电子。!72!第18卷第6期机械研究与应用Vol18No62005年12月MECHANICALRESEARCH&APPLICATION200512(2)施加约束:用模态分析有限元模型的基础上,在车架下,车架左右上管和左右下管相连接的地方应变最大,为7.04-5立管底部平面安装减振器和平叉的位置加上全约束。10,这与静力试验中应变花处应变最大相吻合。从图4(3)施加载荷:只有前乘员的工况,重量为85kg,以均布中看到车架左右上管与左右下管联结处应力最大,最大值为面载荷的形式加于前座垫前支撑上,经计算均布
7、面载荷为16.2MPa。车架左右下管和左右悬挂管联结处及左右上管与0.151455MPa。左右悬挂管联结处也有较大应力,车架头部、尾部应力较小。(4)有限元静力计算车架有限元模型、计算出来的应变3车架有限元静力计算结果与试验结果对比分析云文图、静应力云文图见图2、3、4。从有限元计算结果中取出与静力试验应变片处相对应点的应变和应力。提取应变和应力时要在车架有限元模型上建立新的坐标系,使得所取应变和应力方向与应变片的应变和应力方向相同,有限元计算结果与试验
