自卸車設(shè)計(jì)中與有限元技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐微探

周玉玲 焦迎春

摘要：要想有效的提升整個(gè)自卸車的使用壽命與穩(wěn)定性，就要降低其整體的設(shè)計(jì)成本，縮短其實(shí)際的設(shè)計(jì)周期，對(duì)此本文對(duì)其主要的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探究分析。

關(guān)鍵詞：自卸車；有限元技術(shù)；應(yīng)用實(shí)踐

1有限元分析模塊的實(shí)際選用

現(xiàn)階段，市場上較為主流的有限元分析軟件Abaqus，ANSYS以及MDNastran等相關(guān)軟件，在實(shí)際的應(yīng)用，無論何種軟件，其都會(huì)進(jìn)行若干個(gè)模塊的劃分，例如將其劃分為結(jié)構(gòu)分析、電磁場分析以及流體分析等相關(guān)模塊，基于其具體的分析目標(biāo)的區(qū)別，不同的模塊在實(shí)際中又可以分為不同的子模塊。在實(shí)際的有限元分析的過程中，基于主要分析的對(duì)象以及具體的目標(biāo)存在的區(qū)別，其應(yīng)用的相關(guān)分析模塊也是有所差別的，對(duì)此要基于具體的對(duì)象對(duì)其進(jìn)行探究分析。

在對(duì)車架與車橋、平臺(tái)與車廂等相關(guān)結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)過程中，可以基于車輛的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)以及相關(guān)質(zhì)量參數(shù)對(duì)其進(jìn)行一個(gè)初步的靜力分析，對(duì)于具體的分析對(duì)象的整體應(yīng)力分布狀況等相關(guān)信息進(jìn)行全面的掌握與衡量，對(duì)于一些水平相對(duì)較高的范圍進(jìn)而及時(shí)了解。這些相關(guān)區(qū)域在結(jié)構(gòu)靜力的實(shí)際分析中其整體的應(yīng)力水平接近或者已經(jīng)符合整個(gè)材料的屈服強(qiáng)度的相關(guān)區(qū)域范圍。因?yàn)榇朔N自卸車的整個(gè)使用過程中具有一定的動(dòng)態(tài)性特征，對(duì)此其主要的出現(xiàn)的失效狀況多為疲勞失效，基于對(duì)其具體的疲勞分析理論，其實(shí)際的可靠性與預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命并不能進(jìn)行系統(tǒng)的匹配，對(duì)此，要對(duì)其整體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化與完善。

在明確具體的分析對(duì)象自身的實(shí)際結(jié)構(gòu)之后，就可以基于其主要的分析目標(biāo)對(duì)其開展對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)與可靠性分析以及疲勞性分析，進(jìn)而對(duì)其具體的結(jié)構(gòu)是否安全穩(wěn)定以及其是否與預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命相符。同時(shí)，如果要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的成本降低以及質(zhì)量減緩，就要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化完善，基于對(duì)實(shí)際分析對(duì)象的實(shí)際優(yōu)化，有效的提升整個(gè)車輛使用的經(jīng)濟(jì)性。要想有效的增強(qiáng)其設(shè)計(jì)以及整體的分析效率，就要充分的利用一些分析軟件中的協(xié)同設(shè)計(jì)以及仿真作用，通過交互式的模式全面開展。

充分的利用其自身的數(shù)據(jù)管理功能，提升其設(shè)計(jì)以及分析的便捷性。對(duì)于一些具有特殊性的零部件要與實(shí)際的礦山需求相契合，必須通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)才可以應(yīng)用，但是基于實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)需求，ROPS以及FOPS試驗(yàn)具有一定的破壞性，對(duì)此如果要是對(duì)駕駛室的開展重復(fù)的、具有破壞性的物理實(shí)驗(yàn)，其整體費(fèi)用相對(duì)較高，整體的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及周期也相對(duì)較長。而應(yīng)用有限元分析可以有效的縮短整體的研發(fā)周期，要基于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)際需求，通過非線性分析模塊以及LS-DYNA對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的、全面的有效的分析。

自卸車在實(shí)際的操作中其所在的環(huán)境相對(duì)較為惡劣，處于高溫、重載以及上下坡的相關(guān)環(huán)境中，對(duì)此對(duì)于其發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)以及制動(dòng)器的實(shí)際散熱性能具有嚴(yán)格的需求。在實(shí)踐中利用有限元技術(shù)對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析，基于結(jié)果對(duì)其具體的結(jié)構(gòu)以及實(shí)際的發(fā)散熱面積等內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化完善，進(jìn)而有效的提升其整體的散熱性能；當(dāng)然也可以通過對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)以及散熱器的保護(hù)罩等結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，轉(zhuǎn)變其整體的氣流流動(dòng)方向，提升其整體的冷卻效果與質(zhì)量。

在實(shí)踐中有限元技術(shù)可以有效的優(yōu)化完善油氣懸掛的剛度以及其阻尼特性，對(duì)此可以對(duì)其進(jìn)行流動(dòng)力學(xué)的相關(guān)內(nèi)容分析；要想有效的緩解其后視鏡以及相關(guān)零部件應(yīng)用過程中的振動(dòng)影響，就要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的模態(tài)分析，進(jìn)而有效的緩解相關(guān)電子元器之間存在的電磁干擾問題；要想有效的優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)在其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的相關(guān)扭轉(zhuǎn)模式，就可以對(duì)其開展諧響應(yīng)內(nèi)容的分析等。

2單元以及實(shí)常數(shù)等相關(guān)參數(shù)的具體確定

2.1相關(guān)單元的實(shí)際應(yīng)用以及相關(guān)網(wǎng)格精度的有效控制

有限元分析在實(shí)踐中主要就是把一些分析的對(duì)象進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，使其呈現(xiàn)離散化的狀態(tài)，在構(gòu)建一個(gè)數(shù)值方程并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的求解，要基于具體問題的區(qū)別，采取不同模式的單元形式內(nèi)容。例如，根據(jù)具體狀況應(yīng)用相關(guān)桿與實(shí)體單元、流動(dòng)以及彈簧單元。不同的有限元分析軟件有著不同的單元類型對(duì)各種問題進(jìn)行分析。例如，基于ANSYS為例，其主要的單元類別數(shù)量就高達(dá)二百多種，這種大量的單元類別對(duì)于資深研究人員來說有著廣泛的應(yīng)用，但是對(duì)于初學(xué)者來說操作相對(duì)較為困難。

2.1.1根據(jù)分析模塊的不同對(duì)相關(guān)單元進(jìn)行類別劃分

在實(shí)際中的分析模塊種類相對(duì)較多，對(duì)此要基于實(shí)際的分析對(duì)象的主要特征以及具體的目標(biāo)對(duì)其具體的分析精度等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探究分析，進(jìn)而有針對(duì)的進(jìn)行篩選，在這種操作模式之下其對(duì)象數(shù)量就會(huì)大大的減少了，在利用有限元分析軟件對(duì)其具體的類別進(jìn)行分析，在實(shí)踐中對(duì)于具體的問題會(huì)通過多種的組合方式開展工作。

2.1.2對(duì)于網(wǎng)格的精度劃分的操作

基于其實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)于具體的網(wǎng)格精度進(jìn)行確定，然后在對(duì)求解之后的內(nèi)容把網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一倍加密，在對(duì)其進(jìn)行求解分析；如果其兩次求解的實(shí)際結(jié)果存在的誤差較小，那么就達(dá)到了分析的目的。對(duì)于一些形狀相對(duì)較為復(fù)雜的零部件，就要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的網(wǎng)格劃分。同時(shí)，在對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格的劃分過程中，要保障相關(guān)單元格的具有一定的均勻性，保障其形狀的規(guī)則性；單元的相關(guān)長度要在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，只有這樣才可以提升其整體的質(zhì)量與效果。

2.2實(shí)常數(shù)的具體定義

實(shí)常數(shù)的具體定義主要就是基于不同的單元格內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)輸入，在對(duì)其進(jìn)行分析的過程中，要對(duì)于參數(shù)軟件自身的文件進(jìn)行分析，進(jìn)而提升其精準(zhǔn)性。例如，在對(duì)車架中應(yīng)用有限元分析，就要基于其具體的目標(biāo)明確實(shí)際的方式手段，如要想對(duì)車架的實(shí)際應(yīng)力分布進(jìn)行了解，就要對(duì)其杠單元以及殼單元的方式對(duì)車架開展系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分。

3實(shí)踐求解

在相關(guān)有限元模型的構(gòu)建之后，就可以進(jìn)入到其加載以及求解的過程之中。要基于實(shí)際的被分析對(duì)象的具體工作環(huán)境以及實(shí)際的受力狀況對(duì)其實(shí)際的荷載施加以及邊界條件等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，要保障其荷載狀況與邊界的條件保持一致。

對(duì)于一些規(guī)模分布相對(duì)較大的內(nèi)容進(jìn)行分析的時(shí)候，在對(duì)其進(jìn)行求解的時(shí)候可以基于軟件自身的運(yùn)行計(jì)算機(jī)對(duì)其實(shí)際的運(yùn)行實(shí)踐進(jìn)行分析；在求解的實(shí)際過程中，要提升對(duì)軟件提示問題的重視。同時(shí)對(duì)于一些非線性問題，在對(duì)其進(jìn)行求解的實(shí)際過程中存在的收斂狀況進(jìn)行關(guān)注，如果存在不收斂的狀況，就要終止整個(gè)求解過程中，對(duì)其整體的網(wǎng)格精度以及求解進(jìn)行系統(tǒng)的分析之后在對(duì)其進(jìn)行開展操作。