基于HyperWorks的重型自卸汽车车架有限元分析和改进设计

0 引言

    车架的结构和所承受的载荷十分复杂，概括起来，主要包括纵向弯曲、扭转、横向弯曲、水平菱形扭转以及它们的组合，因此车架的刚度和强度计算只有采用有限元法才能得到满意的结果, 基于有限元法的车架计算，应首先根据车架结构，建立实体模型；然后对实体模型进行网格划分，建立车架的有限元计算模型，确定载荷和约束条件；计算车架的刚度、强度、振动模态等关键性能指标；分析计算结果，将其与设计要求对比，确定是否符合要求；最后将方案进行对比并确定最终设计方案。

    ALTAIR公司HyperWorks7.0是一款功能强大的有限元分析软件，在进行有限元分析的同时，能对结构进行优化,首先利用Pro/Engineer软件对车架进行了三维实体参数化建模，并将模型导入HyperWorks软件中进行边界条件设定、加载、网格划分、计算及后处理,具体流程参见图1。

    某重型自卸汽车车架在使用过程中发现，纵梁上与第四横梁连接附近产生裂纹，最终导致纵梁断裂的严重后果，初步分析认为该区域应力过大所致。

    本文中针对该纵梁断裂问题，对车架结构的# 种设计方案分别进行有限元分析! 分析车架在纯弯、弯扭组合、侧向转弯、紧急制动、卸载时油缸举升等工况下的应力状况，精细分析了第四横梁附近纵梁下翼面6个螺栓孔附近的应力状况。结合各工况分析结果，对该车车架进行合理评价，并提出改进方案，解决纵梁断裂问题。

1 车架的有限元模型

    由于该车架结构主要是板材结构，因此模型化时主要采用薄板单元，所有焊接、铆接、螺栓连接用刚性单元和梁单元模拟，车架悬置板簧则用弹簧元模拟。车架有限元模型如图2所示。原方案第四横梁处有限元模型如图3所示。划分后车架的单元数量为385469,PIII/256M以上微机在3h内可以完成1个工况的解算工作。

    新方案改为采用第四横梁与纵梁腹板连接，横梁形状设计以下4种方案以供分析比较，如图4所示。