6108RPB66BE326车架结构调整后强度校核.docx
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6108RPB66BE326车架结构调整后强度校核
6108RPB66BE326自卸车
车架
结构调整后强度校核
6108RPB66BE326-FX-56
四川南骏汽车集团有限公司
2012年3月26日
车架结构调整后强度校核
6108RPB66BE326-FX-56
项目负责人
杨培林
项目名称
6108RPB66BE326自卸车
共11页
第1页
目录
1、分析内容及要求…………………………………………2
2、工况及边界条件…………………………………………2
3、材料参数…………………………………………………2
4、有限元模型………………………………………………3
5、计算结果…………………………………………………5
6、结论………………………………………………………11
资料来源
编制
蒋友进
2012-3-26
校对
审核
提出部门
审定
标记
处数
更改文件号
签字
日期
批准文号
批准
1、分析内容及要求
根据项目结构评审意见，对6108RPB66BE326自卸车车架在结构调整后进行强度校核，分析各工况条件下车架强度是否满足工况需求。
2、工况及边界条件
对6108RPB66BE326车架进行满载（30t）时强度分析，考虑工况及边界条件如下表1所示：
表16108RPB66BE326车架强度分析工况加载条件
序号
工况
约束设定
加载
1
弯曲
约束轮胎中心处各自由度
1.5g垂直向下的重力加速度
2
转弯
约束轮胎中心处各自由度
1.0g垂直向下的重力加速度
+0.5g向左（右）的水平加速度
3
制动
约束轮胎中心处各自由度
1.0g垂直向下的重力加速度
+0.5g向后的水平加速度
4
扭转一
释放右前轮中心处的自由度
1.0g垂直向下的重力加速度
扭转二
约束轮胎中心处各自由度+左后悬弹簧刚度降低至原来的1/6
3、材料参数
车架6108RPB66BE326主要纵梁和横梁采用高强度钢P510L，其余结构采用普通钢材Q235，两种材料的主要性能参数如表2所示，其非线性应力应变曲线如图1所示，车架材料分布如图2所示。
表2材料参数表
材料
密度（kg/mm^3）
弹性模量（MPa）
泊松比
屈服强度（MPa）
P510L
7.85e-6
2.1e+5
0.30
512
Q235
7.80e-6
2.069e+5
0.3
339
图1材料特性曲线
图2车架材料分布图
4、有限元模型
有限元模型包括：
车架纵梁、横梁，联接板、吊耳支架、举升联接支座、举升油箱支撑架和集中质量单元等；
单元类型：
壳单元（S3R和S4R）、四面体实体单元（C3D4）、六面体实体单元（C3D8）、集中质量单元（Mass）、弹簧单元（CONN3D2）；
模型简化处理：
1）、模型中各个部件之间的装配或是焊接形式采用几何协调或是采用刚性Beam单元连接；
2）、动力总成以集中质量形式均布于前后悬置支架；
3）、车架承载力以虚拟质量均布于左右纵梁表面；
4）、悬挂系统以一定刚度的Bushing单元模拟。
由于悬挂系统刚度难以获取，通过调整Bushing单元刚度值尽可能的保证车架满载时的悬挂变形量与实际相符合。
简化后建立的有限元分析模型如图3所示：
图36108RPB66BE326车架有限元分析模型
5、计算结果
5.1弯曲工况
在车架纵梁表面，驾驶室区域均布3t虚拟质量，货箱区域均布27t虚拟质量，约束轮胎中心处各向自由度，赋予所有质量模型1.5g垂直向下的重力加速度。
车架的应力分布云图如图4所示。
图4弯曲工况下车架应力分布云图
从上图可以看出，在弯曲工况条件下，车架应力分布均匀，最大应力值为339.2MPa，远低于其材料的屈服强度极限，该工况下车架满足强度要求。
5.2转弯工况
该工况下对车架均布如5.2工况的载荷，约束也同5.2，在赋予所有质量模型1.0g垂直向下的重力加速度的同时，给其向左或者向右0.5g的水平加速度，模拟计算车架左转或右转时的应力、应变分布。
该工况下车架的应力、应变云图如图5、图6所示。
图5右转工况时车架应力分布云图
图6右转工况时塑性变形情况
从以上应力分布图可以看出，转弯时车架在局部应力集中区域出现应力虚高，但车架整体结构应力没有超出其材料的屈服强度极限，应变分布图也显示塑性小变形只出现于个别位置，该工况下车架仍能满足强度要求。
5.3制动工况
该工况下对车架均布的载荷、约束同前面两个工况，在赋予所有质量模型1.0g垂直向下的重力加速度的同时，给其向后0.5g的水平加速度，模拟计算制动时车架的应力分布情况。
该工况下车架的应力分布如图7所示。
图7制动工况下车架应力分布云图
由图7的应力分布图可以看出，在制动工况条件下，车架应力分布均匀，最大应力值为310.5MPa，远低于其材料的屈服强度极限，该工况下车架满足强度要求。
5.4扭转工况
该工况下对车架均布的载荷同前面计算的三个工况，同时按表1扭转工况的两种边界条件来模拟计算扭转时车架的强度情况。
由于该车的车桥是前双后单车型，为全面了解前轮悬空时车架扭转状态下的强度情况，此处分一轴车轮单边悬空、一轴和二轴单边车轮共同悬空来考察车架扭转时的强度。
该工况下架的应力、应变分布云图如图8至图14所示。
图8扭转工况一下车架变形云图（一轴右前轮悬空）
图9扭转工况一下车架应力分布云图（一轴右前轮悬空）
图8显示，车辆满载30t一轴右前轮悬空车架扭转时，边纵梁Z向位移一轴位置相差95mm左右、二轴位置相差78mm左右、后桥位置相差50mm左右，车架对应的应力分布如图9所示。
该工况条件下，车架应力分布均匀，最大应力值为421.9MPa，远低于其材料的屈服强度极限，车架满足该工况下强度要求。
图10扭转工况一下车架变形云图（一、二轴右前轮悬空）
图11扭转工况一下车架应力分布云图（一、二轴右前轮悬空）
图12扭转工况一下车架塑性变形情况（一、二轴右前轮悬空）
图10显示，车辆满载30t一、二轴右前轮同时悬空车架扭转时，边纵梁Z向位移一轴位置相差311.5mm左右、二轴位置相差273.5mm左右、后桥位置相差174.5mm左右。
车架对应的应力分布如图11所示，该工况下，车架除个别应力集中位置应力大小超出结构材料的屈服强度极限外，整体应力分布较为均匀，且在结构材料屈服极限内，车架的塑性变形图（图12）也显示只是应力集中位置发生了较小的塑性变形，计算结果表明车架满足该工况下强度要求。
图13扭转工况二下车架变形云图（左后悬挂刚度减少到原来的1/6）
图14扭转工况二下车架应力分布云图（左后悬挂刚度减少到原来的1/6）
当左后悬挂刚度减少到原来的1/6车架扭转时，边纵梁Z向位移一轴位置相差195.8mm左右、二轴位置相差216.5mm左右、后桥位置相差258.2mm左右（图13）。
如图14车架的应力分布显示，该工况条件下，车架应力分布均匀，最大应力值为477.5MPa，低于其材料的屈服强度极限，车架调整后满足该工况下的强度要求。
6、结论
6108RPB66BE326自卸车车架经结构调整后，除在转弯和扭转（一、二轴右前轮同时悬空，工况恶劣）工况条件下出现了个别应力集中位置的应力大小超过了结构材料的屈服强度极限，发生了微小的塑性变形外，各工况下整体应力水平分布较为均匀，且应力值低于其材料的屈服强度极限。
计算结果表明，调整后的车架强度满足各工况下的使用要求，且存在一定的强度裕度，可考虑进行结构轻量化。
本次的强度分析在模型上作了相应的必要简化处理，工况、载荷、约束等边界条件根据有关文献参考而定，因而计算结果会与实际情况有所偏差，但趋势是可信的，计算数值和结果分析可供参考。
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