基于高強鋼應(yīng)用的自卸車貨箱輕量化研究

摘要：本文對某型號的大噸位自卸車進行了輕量化研究，根據(jù)彈性力學及板殼理論推導出的計算公式進行高強度鋼板的等代設(shè)計。主要應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件，建立自卸車貨箱的有限元分析模型，對比高強剛替換前后車箱的強度和剛度數(shù)據(jù)。結(jié)果表明使用高強剛可以明顯減輕貨箱自重，綜合效益更好，為進一步的理論研究和實際生產(chǎn)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：車廂 有限元 輕量化 高強鋼

1.前言

近年來，國內(nèi)外石油、鋼材價格大幅度上漲，資源短缺、能源危機和環(huán)境保護問題日益突出，使得自卸車生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)成本和市場用戶的使用成本居高不下。國外研究表明：一般情況下，車重每減輕10%，可節(jié)省燃油3%～7%[1]。十二五規(guī)劃中，將輕量化列入我國裝備制造業(yè)的目標取向，積極推行輕量化、低消耗設(shè)計已成為行業(yè)趨勢。國內(nèi)鋼鐵企業(yè)越來越重視汽車用高強度綱的開發(fā)與研究，目前鞍鋼、武鋼、寶鋼等已經(jīng)生產(chǎn)了不同等級的高強度剛，用高強剛替代普通鋼板，對汽車工業(yè)的發(fā)展具有推動作用。

本文是基于大噸位自卸車的輕量化研究，該型貨車車廂尺寸為7.2m×2.3m×1.8m（長×寬×高），額定載荷40噸，主要用于運輸砂石、煤、鋼材等，并且實際運輸過程中路況較好。主要應(yīng)用有限元法，對貨箱受載后的應(yīng)力分布及強度位移變化情況進行分析，進行高強度鋼板的等代設(shè)計以實現(xiàn)輕量化的結(jié)果。

2.高強鋼等代設(shè)計

2.1等代設(shè)計計算公式

除了部件厚度不同，替換前后的有限元分析應(yīng)保持網(wǎng)格密度、載荷和約束及工況等條件相同。為了便于總結(jié)原結(jié)構(gòu)與替換鋼板后的應(yīng)力應(yīng)變情況，分別取前板、后板、側(cè)板、底板的數(shù)據(jù)結(jié)果進行對比分析。車廂替換高強度鋼板后的應(yīng)力結(jié)果仍在許用范圍內(nèi)，最大位移與原結(jié)構(gòu)相比沒有明顯的增加，說明使用高強鋼替代普通鋼板進行輕量化設(shè)計是可行的。圖2、圖3分別為Q235和T610鋼板車廂的前門應(yīng)力圖（因篇幅所限，其它車廂板圖在此不一一羅列）。

4.結(jié)論

（1）自卸車車廂載重量一定時，各部件的最大應(yīng)力排序由大到小一般為：側(cè)板>底板>前板>后板，其中側(cè)板、底板對提高材質(zhì)強度的需求最大，前板、后板的材料減薄空間最大；

（2） 通過高強鋼板等代設(shè)計，在保證總體性能滿足使用要求的情況下，有效減小了車廂整體質(zhì)量，提高了整車強度，實現(xiàn)了輕量化的效果，為進一步的理論研究和實際生產(chǎn)提供了依據(jù)。

參考文獻

[1] Takehide Senuma， Physical Metallurgy of Modern High Strength Steel Sheets， ISIJ International， Vol. 41 （2001）， No. 6， pp. 520–532

[2] 范世斌，馬力，高金玲.專用車構(gòu)件高強度鋼板強度等代設(shè)計中的板厚計算[J].專用汽車2009（1）：54-57

作者簡介：王紫迎（1988-），女，漢族，碩士研究生，研究方向：機械CAD/CAM