基于CATIA的路面養(yǎng)護(hù)車副車架的CAE仿真設(shè)計

2017-01-22 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

瀝青路面養(yǎng)護(hù)車是實現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化的重要裝備之一,其副車架是聯(lián)接二類底盤與專用上裝的重要承載部件,它的主要功用是為了防止上裝對汽車底盤主車架產(chǎn)生應(yīng)力集中,因此其設(shè)計的科學(xué)性和合理性對整個路面養(yǎng)護(hù)車的品質(zhì)和性能有著重要的影響。在計算機(jī)CAD/CAE技術(shù)廣泛應(yīng)用于專用車輔助設(shè)計和分析的今天,使得專用車的研發(fā)流程和時間大為簡化,并且使其可靠性大大提高。

1 養(yǎng)護(hù)車概述

養(yǎng)護(hù)車是專門用于市政道路、高速公路和機(jī)場跑道等壞損路面的修補(bǔ)和養(yǎng)護(hù),是實現(xiàn)公路養(yǎng)護(hù)機(jī)械化和智能化的的重要裝備之一。路面養(yǎng)護(hù)車是由汽車二類底盤、瀝青加熱滾筒、路面加熱墻、小型壓路機(jī)和瀝青混凝土攪拌器等組成。從發(fā)動機(jī)取力器輸出動力來驅(qū)動液壓系統(tǒng)為養(yǎng)護(hù)車的上裝提供動力,電液結(jié)合的控制系統(tǒng)確保養(yǎng)護(hù)車實現(xiàn)自動化和機(jī)械化。

2 副車架三維模型

該車副車架為邊梁式車架結(jié)構(gòu),主要由兩根矩形鋼的縱梁和七根內(nèi)橫梁組成,縱梁和橫梁之間采用全焊接形式連接。矩形鋼的材料是16Mn,屈服極限是345MPa。它和汽車底盤的主車架的聯(lián)接主要通過以下3種方式:1)U型螺栓,用來防止主副車架間的縱向跳動;2)止推板,用來防止主車架與副車架縱梁間產(chǎn)生相對水平位移;3)連接支架,連接支架所能承受的水平載荷較小,連接支架應(yīng)和止推連接板配合使用。圖1為基于CATIA建立的副車架的三維模型。

基于CATIA的路面養(yǎng)護(hù)車副車架的CAE仿真設(shè)計Catia應(yīng)用技術(shù)圖片1

圖1 副車架三維模型

3 有限元模型的建立

有限元模型建立的好壞直接決定了有限元計算的精度和準(zhǔn)確性,所以在建立模型時采用了自動劃分網(wǎng)格,并手動調(diào)節(jié)部分細(xì)節(jié)的方法進(jìn)行。首先利用CATIA的有限元分析模塊Generative Structural Analysis對該車架進(jìn)行有限元模型的建立。將車架的三維模型導(dǎo)入該模塊后,同時系統(tǒng)完成了有限元網(wǎng)格的劃分,考慮計算的準(zhǔn)確性,對某些關(guān)鍵的細(xì)節(jié)部位重新做了調(diào)整,從而手動設(shè)定離散副車架幾何模型的單元尺寸為60mm,網(wǎng)格垂度為10mm。如圖2所示。

基于CATIA的路面養(yǎng)護(hù)車副車架的CAE仿真設(shè)計Catia分析圖片2
圖2 副車架有限元劃分網(wǎng)格模型

4 典型工況的有限元分析

在建立了有限元模型并處理了邊界條件以后,就要對其典型的受力工況進(jìn)行分析了。養(yǎng)護(hù)車在行進(jìn)中工作時,隨著滾筒轉(zhuǎn)動時對瀝青混合料的加熱,車架的危險工況是彎扭組合受力。因為副車架在既有彎曲變形又有扭轉(zhuǎn)變形的情況下,車架受力情況最惡劣。圖3和圖4分別是副車架的第四強(qiáng)度的等效應(yīng)力圖和應(yīng)變位移圖。

觀察其應(yīng)力圖3,在彎扭載荷的作用下,根據(jù)有限元分析理論改進(jìn)設(shè)計的措施如下:主副車架緊固聯(lián)接的地方受力過大,需要進(jìn)一步加強(qiáng)其連接支架和止推板的強(qiáng)度,車架尾部的應(yīng)變(撓度)偏大,需要增加內(nèi)縱梁和加強(qiáng)縱梁的承載能力提高車架的整體剛度,這在后續(xù)的設(shè)計改進(jìn)中可以繼續(xù)完善。

5 小結(jié)

本文通過CATIA對副車架建立了三維模型,并導(dǎo)入CATIA的有限元分析模塊Generative StructuralAnalysis,對該車架進(jìn)行有限元模型的建立。通過自動和手動兩種模式對其有限元模型進(jìn)行了劃分網(wǎng)格,使細(xì)節(jié)的計算更加精確。通過對其典型工況的有限元分析和計算,使副車架的設(shè)計更加優(yōu)化和合理。

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