全地形越野車車架分析

摘 要：我國(guó)地域廣闊，對(duì)于一些路況復(fù)雜的地域，普通車輛難以進(jìn)入，急需一種全地形越野車用于運(yùn)輸。文章對(duì)全地形越野車的車架進(jìn)行了靜力學(xué)分析，以確保其車架能滿足越野車在復(fù)雜工況下的力學(xué)要求。

關(guān)鍵詞：有限元；靜力學(xué)分析；研究

引言

全地形越野車在行駛時(shí)時(shí)工況十分復(fù)雜，而車架作為越野車主要載體會(huì)受到包括發(fā)動(dòng)機(jī)在內(nèi)的各種力和力矩，導(dǎo)致車架發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，從而影響車架使用壽命甚至?xí)?duì)整車安全造成威脅。因此需要對(duì)車架進(jìn)行靜、動(dòng)態(tài)分析，檢驗(yàn)其是否可以滿足性能要求。文章對(duì)越野車車架進(jìn)行了靜力分析，通過(guò)對(duì)得到的應(yīng)力及位移云圖進(jìn)行分析來(lái)判斷車架是否滿足設(shè)計(jì)要求并根據(jù)結(jié)果對(duì)車架進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化，使得越野車車架薄弱部位處應(yīng)力集中現(xiàn)象得到改善。

1 劃分網(wǎng)格的基本原則及單元質(zhì)量檢測(cè)

在進(jìn)行車架有限元模型建立時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）保證模型的準(zhǔn)確性。車架有限元模型應(yīng)盡量逼近車架真實(shí)結(jié)構(gòu)，同時(shí)要考慮到幾何和力學(xué)特性，重點(diǎn)考慮力學(xué)特性。

（2）要保證劃分好的網(wǎng)格與相鄰單元格節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)在一起，即相鄰單元格共享同一邊：焊接單元采用1D單元模擬。

（3）在某些可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的地方要盡可能加密網(wǎng)格，并使網(wǎng)格過(guò)渡盡可能平緩。

（4）對(duì)一些過(guò)渡圓角及螺栓孔等，要進(jìn)行合理的處理，在不影響力學(xué)分析的情況下可進(jìn)行合理的忽略。

網(wǎng)格質(zhì)量同樣對(duì)有限元分析結(jié)果有重要影響，一般要對(duì)模型幾何形狀是否滿足分析要求進(jìn)行檢查控制。在進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量檢查時(shí)，文章采用如表1所示的網(wǎng)格質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)。

若檢查后發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格質(zhì)量較差，可以通過(guò)qualityindex面板來(lái)對(duì)檢查后顯示質(zhì)量不合格的網(wǎng)格進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)對(duì)單個(gè)質(zhì)量太差的單元進(jìn)行優(yōu)化或?qū)€(gè)別單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行移動(dòng)，從而使部分質(zhì)量太差的網(wǎng)格質(zhì)量得到改善。車架節(jié)點(diǎn)總數(shù)217375，單元總數(shù)為263364。

2 車架有限元分析及結(jié)論

2.1 車架基本載荷確定

在實(shí)際情況下，由于車輛行駛路況的不同，其需要承受不同的載荷車架會(huì)受到靜載荷以及動(dòng)載荷的作用。在文章中，車輛受到的車架載荷包括：車架自重、駕駛員、發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱、行李架、水箱、電瓶、貨物等。車輛靜載荷的施加根據(jù)實(shí)際情況施加。軟件可自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。發(fā)動(dòng)機(jī)重量、電瓶、油箱、駕駛員、行李架及行李均按照其與噴霧機(jī)車架接觸的實(shí)際位置，用軟件里的質(zhì)量單元masses進(jìn)行模擬，作用在相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位置。

2.2 車輛滿載工況分析

滿載彎曲工況用來(lái)模擬的是車輛在行駛路面狀況良好且處于滿載情況下（行李架、駕駛室等均達(dá)到最大負(fù)荷），車輛處于靜止?fàn)顟B(tài)或保持勻速直線行駛時(shí)的工況。此工況是車輛在行駛中絕大多數(shù)都處于的一種基本工況，是最常見(jiàn)的工況。彎曲工況下的載荷是由車架自重、發(fā)動(dòng)機(jī)、油箱、駕駛室等部件受到的重力，車輪著地下產(chǎn)生。為使模擬工況與實(shí)際情況接近，同時(shí)要消除車架的剛體位移，因此需對(duì)車架進(jìn)行邊界條件約束。約束條件為：對(duì)車架與前后橋連接位置處的X、Y、Z三個(gè)方向節(jié)點(diǎn)的自由度進(jìn)行約束。

從圖1及圖2中可以看出，整車最大位移出現(xiàn)在右后方，而最大應(yīng)力出現(xiàn)在標(biāo)紅處，為605Mpa，嚴(yán)重超出許用應(yīng)力，屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠造成的應(yīng)力集中。建議換為整體式支撐桿。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章通過(guò)分析越野車車架力學(xué)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在車架左支撐桿處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，其原因在于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。需要對(duì)其進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，以提高整車的剛度，降低應(yīng)力集中現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1]葉勤.輕型載貨汽車車架有限元分析與優(yōu)化[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2007.

[2]Raphael B， Krishanmoorthy C S. Automating finite element development using object oriented techniques[J]. Engineering Computation，1993，10：268-275.