摘要：建立了某貨車車架簡化模型，分別在滿載彎曲、滿載扭轉(zhuǎn)、緊急制動三種工況下，對車架施加相應(yīng)的邊界約束和載荷約束，進行了靜力響應(yīng)分析，獲得了其應(yīng)力應(yīng)變圖；同時計算了其在自由狀態(tài)下的振動特性，獲得了前6階固有頻率。本文所分析的車架特點為車身與車架全部使用螺釘連接，所以車架上有非常繁多的螺栓結(jié)構(gòu)，由于Simsolid軟件可以自動識別螺栓結(jié)構(gòu)，且不用畫網(wǎng)格，這大大節(jié)省了整個靜態(tài)分析的時間，可以十分快速的根據(jù)靜力分析獲得的結(jié)果，找出車架薄弱部分。

1. 車架模型的建立

車架由若干縱梁和橫梁構(gòu)成，橫、縱梁都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的板橋體，且厚度不同。將Creo Parametric 5.0創(chuàng)建的車架模型導(dǎo)入Simsolid中，利用其自動識別特征功能，快速識別出該車架的數(shù)量繁多的螺栓結(jié)構(gòu)；創(chuàng)建自動連接，注意到該車架由上下板件組成，兩板之間的連接方式為sliding，做一下更改；賦予車架參數(shù)屬性即完成建模。其材料采用寶鋼B550L鋼板，泊松比為0.3，彈性模量為210 GPa，密度為7850 kg/m3。Simsolid自帶材料數(shù)據(jù)庫中并沒有與之對應(yīng)的材料，經(jīng)查閱鋼材性能參數(shù)的相關(guān)資料，自行創(chuàng)建了該材料的數(shù)據(jù)庫。有限元模型如圖1所示。

圖1  車架有限元模型

模型信息如圖2所示。

圖2  模型信息參數(shù)

2. 模態(tài)分析

在Simsolid中對其有限元模型進行自由模態(tài)分析，得到前6階固有頻率，如表1所示。

表1  車架前6階固有頻率

階數(shù)                                               固有頻率（Hz）

1                                                      9.806

2                                                     15.021

3                                                     20.966

4                                                     21.688

5                                                     22.567

6                                                     25.413

貨車在工作過程中，激勵多來自發(fā)動機和路面，目前高等級路面的激勵頻率多在3Hz以下，本文載貨車采用6缸四沖程發(fā)動機，怠速為800r/min，計算得怠速時發(fā)動機激勵頻率為40Hz。由表1可見，該車架前6階固有頻率都在3～40 Hz安全范圍內(nèi)，滿足要求，較好地避免了共振。

3. 模型靜力學(xué)分析

車輛行駛過程中，作用在車架上的載荷很復(fù)雜，本文對車輛在三種工況下進行靜力學(xué)分析，即滿載彎曲工況、滿載扭轉(zhuǎn)工況、緊急制動工況。

滿載彎曲工況時，約束左前輪的x、y、z方向平動，右前輪y、z方向平動，左后輪x、z方向平動和右后輪z方向平動；載荷考慮駕駛室、動力系統(tǒng)、貨箱、載貨以及車架自重。將駕駛室、動力系統(tǒng)等載荷以集中載荷的形式加到車架對應(yīng)的部位上；對于車架自重，則以密度的形式折算到車架上進行模擬，對于貨箱以及貨物重量，其加載范圍較大，以均布載荷的形式施加在車架相應(yīng)位置上。計算結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖3 滿載彎曲工況下應(yīng)變圖

圖4 滿載彎曲情況下的應(yīng)力圖

圖3、圖4為車架在滿載彎曲工況下的應(yīng)變、應(yīng)力圖，最大變形量為0.621mm；最大應(yīng)力值為70.632MPa。

滿載扭轉(zhuǎn)工況時，約束左前輪x、y、z方向平動，右前輪y、z方向平動，左后輪x、z方向平動，釋放左后輪y向旋轉(zhuǎn)，釋放右后輪；載荷同彎曲。計算結(jié)果如圖5、圖6。

圖5 滿載扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)變圖

圖6 滿載扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力圖

圖5、圖6為滿載扭轉(zhuǎn)工況下的車架應(yīng)變、應(yīng)力圖，最大變形量5.894mm；最大應(yīng)力值為189.2MPa，此時行駛車輛一側(cè)車輪會懸空，所以懸空處應(yīng)變會變大。
    緊急制動工況時，約束左前輪和左后輪的x、y、z的平動，右前輪和右后輪y、z方向的平動，載荷同彎曲。計算結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 緊急制動工況下的應(yīng)變圖

圖8 緊急制動工況下的應(yīng)力圖

圖7、圖8為車架在緊急制動工況下的應(yīng)變、應(yīng)力圖，最大變形值為0.598mm；最大應(yīng)力值為71.597MPa。

由以上云圖可以看出：車架的最大應(yīng)力為189.2MPa，發(fā)生部位如圖6所示；車架其他部位應(yīng)力都遠小于189.2MPa，而B550L鋼板的屈服極限是355MPa，車架上應(yīng)力小于材料屈服極限應(yīng)力，滿足強度要求；而車架最大位移大約為5.894mm，發(fā)生部位如圖5所示。以上分析結(jié)果表明：車架強度滿足要求。

 

5.過程感受

由于本人剛開始接觸有限元仿真，目前僅對ANSYS Workbench有非常有限的了解，可以說Simsolid是自己真正獨立分析的第一款軟件。對于新手來說，我最明顯的感受就是SimSolid主界面還是十分友好的，雖然現(xiàn)在的功能還不是十分全面，但計算效率相對于傳統(tǒng)有限元軟件不是一個量級，通過觀看視頻中的數(shù)據(jù)對比可以看出，SimSolid在保證高效計算的基礎(chǔ)上，還可以保證計算結(jié)果不偏離正確方向，這在模型設(shè)計初期還是非常有用的，從授課老師的介紹中也是可以了解到目前這款軟件得到了很多國外的工程師青睞，相信simsolid可以作為一款革命性軟件存在于仿真界中。

感覺還是得小注一下：本人真真切切新手一枚，文章若有不妥，還請包涵~~~Thanks~~~~

【W(wǎng)ORD源文檔】

Simsolid在某載貨汽車車架上靜載分析的應(yīng)用.docx