D型车架改进前后的有限元比较研究郭丹辉摘要：车架是矿车的关键部件，在装载、运输、卸载中承受主要的载荷。车架的优劣直接影响着整车使用寿命，同时反映了整车的技术水平，而应用有限元分析可计算出车架的各种力学特性和承载能力，基于此，文章以D型车架为基础，重点研究比较其改进前后的有限元。关键词：D型车架；矿车；有限元模型；举升工况：U463.324文献标识码：A：1006-8937（2016）29-0024-02矿用车工作过程中，车架的受力情况是很复杂的，例如弯曲、扭转、振动、冲击，以及它们的任意组合，极大程度上影响到矿车的正常工作。基于此，本文以XGQ3650系列非公路自卸车为例，并重点探究比较D型车架改进前后的有限元，以提升矿车的运行效率。1建立有限元模型1.1建立几何模型几何模型是按照制造、加工、装配的实际情况及顺序建立起来的，未考虑有限元模型的要求，不适合直接转化成有限元模型。因此，工作人员必须在几何模型基础上进行简化，生成有限元分析所需的模型，主要的简化原则有：①尽量减少节点数量；②保证开裂处计算结果的准确性；③保持总体结构不变；④保留危险部位的细节结构。1.2构建有限元模型1.2.1网格的划分与单元类型本研究主要构建矿用自卸车板壳单元有限元模型—shell181，具有应力刚化、大变形、非线性、截面数据定义、分析、可视化等功能，在Proe中处理几何模型后，采用HyperMesh软件对模型进行网格划分，最后的有限元模型节点总数226018，单元总数234097。具体的模型示意图，如图1所示。1.2.2控制集中模型网格密度由于不同的网格密度对分析结果精度影响比较大，网格数量直接决定计算能力，因此对于重要结构件部位采用小网格划分，其它部位采用相对大一些的网格划分。1.3处理约束与载荷条件矿用自卸车车架的边界条件很难简化为一种简单的约束，因此，建立了与车架相连的前、后桥的梁单元有限元模型。在一些特殊的工况下如转弯、启动、制动、举升等工况，要分别根据转弯速度、启动加速度、制动减速度等计算出作用在车架上的载荷，再施加到车架对应位置上。2D型车架改进前后的有限元比较2.1D型车架改进前后与前板簧后支座有无横梁有限元对比对比D型车架改进前后与前板簧后支座有无横梁有限元，主要选取正载和偏载下的两种典型工况，即载重64t的举升工况和中轮越障工况，具体包括以下几方面的内容。2.1.1改进D型车架结构D型车架改进前后对比图，如图2所示。1a为旧版结构，U型口正对前板簧后支座，且前板簧后支座长度较短。1b为改进后结构，针对旧版D型车架作如下改进：U型口向前移动164mm，前板簧后支座两定位孔距加宽100mm。前板簧后支座添加横梁：D型车架有无横梁对比图，2a为无横梁车架，2b为有横梁车架，具体如图3所示。2.1.2举升工况①载荷及约束。举升工况下的载荷及约束的施加形式，如图4所示，其中红色箭头表示载荷，主要包括64t物料，车厢重8.3t，车架自重3.5t和驾驶室等挂件2.9t，淡蓝色三角符号表示约束。为模拟实际工况，在原有模型的基础上添加限位块，采用弹簧单元来模拟限位块的实际受载特性，图4为载荷及约束示意图（橘黄色三角符号即表示弹簧的约束）。②应力结果。结果1：D型旧模型无横梁前板簧后支座开口处最大应力值为110MPa，旧模型有横梁最大应力值为160MPa，加横梁后，旧模型前板簧后支座开口处应力增加明显，约45%。D型改进模型无横梁前板簧后支座开口处最大应力值为35MPa，改进模型有横梁最大应力值为40MPa，加横梁后，改进模型前板簧后支座开口处应力略有增大。与D型旧模型相比，改进模型前板簧后支座开口处应力值大幅度减小，减小约68%～75%。结果2：D型改进模型无横梁前板簧后支座下表面最大应力值为20MPa；改进模型有横梁最大应力值为25MPa，改进模型加横梁后，前板簧后支座下表面应力相差无几。与D型旧模型相比，改进模型后，前板簧后支座下表面应力值大幅度减小，减小约80%。2.1.3中轮越障工况①载荷及约束。中轮越障下的载荷及约束的施加形式，如图5所示，其中红色箭头表示载荷，主要包括64t物料，车厢重8.3t，车架自重3.5t和驾驶室等挂件重2.9t，淡蓝色三角符号表示约束。为模拟实际工况，在原有模型的基础上添加限位块，采...