本站小編為你精心準(zhǔn)備了修井機車架有限元分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《機械雜志》2014年第六期

1車架有限元模型的建立

1.1建立車架有限元模型的原則（l）盡可能地還原車架的真實結(jié)構(gòu)形態(tài)，特別不規(guī)則的形狀或者可能會導(dǎo)致幾何特性與力學(xué)特性沖突的結(jié)構(gòu)可以適當(dāng)簡化。（2）對于橫縱梁上的一些不影響力學(xué)分析的構(gòu)件在建立有限元模型時適當(dāng)忽略。（3）網(wǎng)格劃分時，著重細化車架主要受力部分的網(wǎng)格，提高網(wǎng)格精度，對于某些由于網(wǎng)格劃分精度導(dǎo)致退化的三角型單元，可以允許其存在[2]。（4）在建模時將橫梁與縱梁作為兩個零件分別存儲，在SolidWorks裝配體中采用焊接將兩個零件組合。

1.2車架的結(jié)構(gòu)車架采用邊梁式，即兩根主縱梁、兩根梁和若干根橫梁，皆為不同型號的工字鋼，縱梁和橫梁的連接方式采取焊接的方式，可以使車輛在惡劣路面下能夠承受較大的彎曲和扭轉(zhuǎn)工況，車架前部可以通過牽引銷連接牽引車，車架的中前部用來放修井機，左右側(cè)分別裝有工具箱和備胎等附件，下部通過左右各3個平衡懸架連接車橋，車架為對稱結(jié)構(gòu)。工字梁標(biāo)準(zhǔn)和車架模型如圖2、圖3所示。

1.3材料的力學(xué)特性車架材料采用Q345，力學(xué)參數(shù)為：彈性模量E＝2.06E+11N/m2；泊松比L＝0.280；密度Q＝7850kg/m3；屈服強度σs＝3.45E+08N/m2。1.4模型的網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分遵循“均勻應(yīng)力區(qū)粗化，應(yīng)力梯度大的區(qū)域細化”的原則。一般來說，網(wǎng)格劃分越細，質(zhì)量越高，計算精度就越高。但是網(wǎng)格劃分越細，計算量越大，要求電腦的配置就越高[3]。本模型在變形可能大的地方設(shè)置單元參數(shù)為0.02m，對于不是很重要的部分設(shè)置單元參數(shù)為0.1m，網(wǎng)格劃分采用ANSYS軟件自帶的Meshtool工具，采用自由體劃分。車架主縱梁模型共化為78185個單元、181768個節(jié)點。

2約束和邊界條件

車架后部通過懸架、車輪支承在路面上，車架前部由牽引銷鏈接牽引車。為更好地符合實際使用工況，將懸架與車架組合起來進行計算。修井機為三軸車輛，常采用平衡懸架。車架前部牽引銷與掛車相連，所以施加固定約束。后軸將車輪的中心取為支點，由于修井機采用平衡懸架所以有三個節(jié)點，并在相應(yīng)點處加位移約束，施加X、Z兩個方向的約束，Y方向自由[4]。修井機懸架為平衡懸架。為便于模擬，采用桿單元模擬平衡懸架，并將桿與車架以及桿與桿的連接點創(chuàng)建為關(guān)鍵點，如圖4所示。約束的原則是將有限元模型完全約束，而不產(chǎn)生過定位[5]。懸架與車架相連處采用彈性約束來模擬鋼板彈簧鏈接，最大彈性距離為0.08m。

3加載及求解結(jié)果

3.1加載工況分析修井機的整體圖如圖1所示，作用在車架上每部分載荷都不同。修井機車體載荷為60t，并考慮自重，其中額定載荷以均布載荷方式加載。根據(jù)實際情況不同分為以下兩種工況。工況一：由圖1可以看出大部分重量集中在車架的后部，所以在車架的后部直接加載60t，加載后如圖5所示。工況二：從圖1中可以看出，前部鵝頸處和車架前部也有一部分重量，所以在鵝頸處添加5t，在車架后部添加50t，加載后車架圖如圖6所示。

3.2求解結(jié)果（1）工況一仿真結(jié)果分析①工況一的等效應(yīng)力分析云圖如圖7所示。從圖中可以看出最大等效應(yīng)力為232.53MPa，應(yīng)力集中部位在鵝頸處、車架中間處前懸架處。車架鵝頸處受力情況如圖8所示，其受力范圍在77.519～232.53MPa之間。車架前懸架處受力情況如圖9所示，其受力范圍在77.519～206.69MPa之間。②工況一的等效應(yīng)變分析云圖如圖10所示。從圖中可以看出最大等效應(yīng)變?yōu)?.0018987m，應(yīng)變集中部位在鵝頸處及前懸架處。車架鵝頸處等效應(yīng)變情況如圖11所示，其應(yīng)變范圍在0.0006331～0.0018987m之間。車架前懸架處等效應(yīng)變情況如圖12所示，其應(yīng)變范圍在0.0006331～0.0016878m之間。（2）工況二仿真結(jié)果分析①工況二的等效應(yīng)力分析云圖如圖13所示。從圖中可以看出最大等效應(yīng)力為194.16MPa，應(yīng)力集中部位在鵝頸處、車架中間處及前懸架處。車架鵝頸處受力情況如圖14所示，其受力范圍在64.732～194.16MPa之間。車架前懸架處受力情況如圖15所示，其受力范圍在64.732～172.59MPa之間。②工況二的等效應(yīng)變分析云圖如圖16所示。從圖中可以看出最大等效應(yīng)變?yōu)?.0015016m，應(yīng)變集中部位在鵝頸處及前懸架處。車架鵝頸處等效應(yīng)變情況如圖17所示，其應(yīng)變范圍在0.00050058～0.0013347m之間。車架前懸架處等效應(yīng)變情況如圖18所示，其應(yīng)變范圍在0.00050058～0.0011679m之間。

4應(yīng)力分析結(jié)果

4.1分析結(jié)果通過后處理對計算結(jié)果的分析得到各工況下的位移和應(yīng)力云圖。在工況一時最大應(yīng)力為232.53MPa，等效應(yīng)變量為0.0018987m。在工況二時最大應(yīng)力為194.16MPa，最大變形量為0.0015016m。

4.2強度校核標(biāo)準(zhǔn)金屬材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度。根據(jù)材料力學(xué)的第四強度理論選擇應(yīng)力強度評價。當(dāng)σ≤σs時，說明材料的強度符合要求[6]。材料的屈服強度極限σs＝345MPa，校核后材料的最大應(yīng)力為σmax＝232.53MPa。σmax＜σs，所以完全符合應(yīng)力要求。

4.3結(jié)論由計算得到在工況一下的等效應(yīng)力分布圖7，可以看到最大應(yīng)力處在鵝頸處和第4根橫梁的中間部分即平衡懸架前部。車架的鵝頸處如圖8所示，該處的工字梁沒有車架主體部分尺寸大，承載的重量也沒有主體部分大，這一部分的應(yīng)力在77.519～232.53MPa之間，完全符合第四強度理論。平衡懸架前部如圖9所示，該部分應(yīng)力在77.519～206.69MPa之間，符合第四強度理論。相比工況一而言，工況二更能準(zhǔn)確模擬車架真實的受力情況，由應(yīng)力分布圖13可以看出主要受力部位仍然是鵝頸部位與第四根橫梁，鵝頸部位的應(yīng)力在64.732～194.16MPa之間，第四根橫梁處的應(yīng)力在64.732～172.59MPa之間，完全符合第四強度理論。通過計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車架在兩種工況下都能滿足強度要求安全行駛。

作者：金嘉琦周麗王顯榮單位：沈陽工業(yè)大學(xué)機械學(xué)院