基于ANSYS的某客車車架滿載彎曲強(qiáng)度分析

杜松+黃智勇

摘 要：客車在平直道路上行駛時，車架主要承受載荷包括自身的重量、安裝在車架上各總成重量、額定乘員和行李重量等，車架在滿載工況下極易發(fā)生彎曲變形從而影響行車安全；因此，對客車滿載條件下的車架彎曲強(qiáng)度進(jìn)行受力分析能為車架結(jié)構(gòu)的設(shè)計合理性和優(yōu)化提供指導(dǎo)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：ANSYS；客車車架；彎曲強(qiáng)度；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.181

0 引言

彎曲工況是模擬客車在平直道路上勻速行駛時，四個車輪與道路平穩(wěn)均勻接觸，不受外界其他因素的影響（如側(cè)向風(fēng)力、慣性力等），加載車架上的載荷只有車架自身的重量、安裝在車架上各總成重量和額定乘員、行李重量，在這個工況下主要考慮車架垂直方向上的受力分析，這也是客車行駛時常見的一種受力方式，對彎曲工況下車架的受力和應(yīng)力情況進(jìn)行分析非常必要。

1 車架有限元模型的建立

本文利用UG軟件結(jié)合車架的實際尺寸建立車架的三維模型，建模中對車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕饕獌?nèi)容是將不影響客車車架應(yīng)力分析的小孔、邊倒圓簡化，將模型保持為iges格式導(dǎo)入到ANSYS軟件中。.然后在ANSYS中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的劃分是建立有限元建模關(guān)鍵工作。網(wǎng)格的質(zhì)量決定了計算結(jié)果的準(zhǔn)確度。ansys具有很好的網(wǎng)格劃分功能，本文采用自動劃分，設(shè)置網(wǎng)格邊長最大不得超過10mm，獲得高精度網(wǎng)格質(zhì)量，建立車架有限元模型，經(jīng)計算，此模型車架質(zhì)量為309KG，模型有節(jié)點數(shù)83773個、單元83883個，最終建成的客車車架有限元模型如1-1所示。

2 車架載荷的確定

本客車的主要質(zhì)量參數(shù)設(shè)計為：最大總質(zhì)量4800Kg，整備質(zhì)量3500Kg，底盤質(zhì)量1900Kg，最大載客量18人（按每位乘員65Kg計算），動力總成質(zhì)量420Kg?？蛙囓嚰芡ㄟ^16個支架支撐車身的總重量，即車架以上的質(zhì)量主要集中加載的方式加載在各支點上，動力總成靠車架四個支點支撐，加載時將動力總成總重量均勻分配到車架四個支撐點進(jìn)行集中加載，此外、乘員質(zhì)量結(jié)合座椅的實際位置，將乘客的重量分配到車架支點上，加載情況如圖1-2所示。

3 對車架邊界約束

根據(jù)滿載彎曲工況客車行駛狀態(tài)，此時應(yīng)該在前后鋼板彈簧與車架的連接處進(jìn)行約束，一共8個點，約束兩個前輪UX、UY、UZ三個方向的平動自由度，釋放其他自由度，約束兩個后輪UY方向的平動自由度釋放其它自由度。

4 計算結(jié)果分析

本車架采用的材料是16mn鋼，其屈服強(qiáng)度為345Mpa。通過分析查看應(yīng)力云圖，得到車架最大位移為0.697mm如圖（1-3）所示，發(fā)生在車架的中部，這是因為客車中部乘員最多載荷較大，距離懸架支撐點較遠(yuǎn)力臂較長，所以變形大，此外客車尾部變形也較大，這由客車尾部座位數(shù)4個且有一段懸臂梁存所致；在車架最大應(yīng)力值為55.768MPa，如圖（1-4）所示，發(fā)生在車架前懸架與車架吊耳連接處，除了最大應(yīng)力之外其它應(yīng)力都在50 MPa以下，取動載荷系數(shù)為2.6，車架材料的屈服極限為345，計算可得允許應(yīng)力約為133 MPa（345/2.6），由于允許應(yīng)力（133 MPa）大于最大（55.768 MPa）車架最大應(yīng)力，由此可知車架設(shè)計符合彎曲工況下的運(yùn)行要求。

5 結(jié)果分析

通過ANSYS對該客車車架進(jìn)行強(qiáng)度分析找到了車架在滿載工況下車架最大應(yīng)力值和最大位移，綜合分析車架設(shè)計符合彎曲強(qiáng)度的要求，同時也為車架進(jìn)行后續(xù)分析和結(jié)構(gòu)改進(jìn)提供參考依據(jù)。

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基金項目：（1）汽車技術(shù)服務(wù)與營銷專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊 編號：2015jxtd084、（2）工程機(jī)械運(yùn)用與維護(hù)專業(yè)（群）教學(xué)團(tuán)隊編號：2014jxtd084（3）車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)檢修精品資源共享課程編號：2015gxk126

作者簡介：杜松（1987-），男，重慶涪陵人，本科，講師，主要從事汽車運(yùn)用與維修教學(xué)與研究。