打开文本图片集
摘 要:重卡鞍座安装板的强度分析涉及螺栓预紧力的处理以及接触、材料弹塑性等强烈的非线性问题,收敛比较困难。文中对某重卡鞍座安装板进行典型工况的强度分析,并提出二种简化处理模型,进行对比分析。
关键词:重卡;鞍座安装板;非线性;强度
0 前言
重卡鞍座安装板的强度性能是重卡结构设计的关注重点之一,其有限元分析涉及到螺栓预紧力以及接触、材料弹塑性等强烈的非线性问题[1],计算比较困难,如何快速、方便、可靠的计算此类问题是工程应用中比较关注的话题[2,3]。使用非线性有限元软件Abaqus对某重卡鞍座安装板进行典型工况的强度分析,并提出二种典型的简化处理模型,进行对比分析。
1 有限元模型的建立
1.1 有限元模型的建立
使用HyperMesh建立有限元网格,单元基本尺寸为6mm。几何模型和载荷都是对称的,为了减少计算时间,分析中使用一半的模型。鞍座安装板、鞍座安装导板和螺栓使用六面体单元建模,鞍座在接触面区域使用六面体单元建模,其余使用四面体单元建模。
鞍座、鞍座安装板和鞍座安装导板之间有多重接触关系,其中鞍座和鞍座安装板之间的接触,标记为:c1、c2、c3,对应接触表面,标记为:s11/s12、s21/s22、s31/s32;鞍座安装板和鞍座安装导板之间的接触,标记为:c4、c5、c6、c7,对应接触表面,标记为:s41/s42、s51/s52、s61/s62、s71/s72,详细模型见图1所示。
1.2 载荷和边界条件
分析采用对称模型,因此在对称面上施加对称约束。鞍座安装导板和车架纵梁是通过螺栓建立连接,在螺栓连接处对鞍座安装导板施加固定约束。
本次强度分析施加的载荷,分三个阶段:首先,施加螺栓预紧力;其次,在鞍座上施加18吨的垂直载荷,由于是一半模型,相当于模拟36吨的鞍载;最后,再施加16吨的纵向载荷,相当于模拟32吨的制动力。
2 强度分析结果
施加螺栓预紧力后的应力应变状态(如图2),垂直载荷加载后的应力应变状态(如图3),制动力加载后的应力应变状态(如图4),图中可以确定各阶段的危险区域。
3 简化模型及对比分析
由于安装板的强度分析涉及螺栓预紧力的处理以及接触、材料弹塑性等强烈的非线性问题,收敛比较困难,分析需要较多的时间和经验。工程应用需要快速的找出问题区域,为此提出两种简化模型,称为方案二和方案三。
方案二,在原模型(方案一)的基础上,用梁单元代替螺栓,其端部和连接件用刚性连接来处理。这样就省略了螺栓的建模及螺栓和连接件的接触处理,减少了工作量,收敛更容易。
方案三,在方案二的基础上,去除螺栓预紧力。
三种方案的强度分析结果如表1所示,各阶段应力应变分布基本一致,最大应力和最大应变有一定的变化。
三種方案鞍座和鞍座安装板间力的传递过程如图5所示,S12/S11接触面对应的接触为C1,S22/S21接触面对应的接触为C2,S32/S31接触面对应的接触为C3。在垂直加载末各个接触面力的分配,方案一为33:8.8:33,方案二为33:8.8:33,方案三为5.6:8.9:5.6;在制动加载末各个接触面力的分配,方案一为38.8:8.7:27.2,方案二为39.5:8.5:27.4,方案三为12.5:8.25:1.86。由此可见,方案一和方案二基本一致,而方案三在制动力加载末由于没有预紧力导致接触力发生了大的转移。
综合应力应变状态和接触面上的力的传递情况,本文认为方案二是可以接受的简化方案。
4 结论
本文对某重卡鞍座安装板进行了强度分析,给出了各个加载状态下的应力应变分布,由图可以确定安装板的危险区域和应力应变变化趋势;为减少计算时间,提出两种简化方案,并进行对比分析,综合来说,方案二可以接受。
参考文献:
[1]王勖成.有限单元法[M].清华大学出版社,2003.
[2]石亦平,周玉蓉.ABAQUS有限元分析实例详解[M].机械工业出版社,2006.
[3]庄茁,张帆等.ABAQUS非线性有限元分析与实例[M].科学出版社,2005.
[4]胡玉梅,巢媛.重型货车车架铆钉应力计算研究[D].第三届中国CAE工程分析技术年会论文集,2007.
作者简介:董华东(1975-),男,江苏盐城人,硕士,主要从事汽车CAE分析。