重型自卸車主副一體式專用車架設(shè)計(jì)

1、太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文重型自卸車主副一體式車架的設(shè)計(jì)摘 要目前，國內(nèi)公路型重型載貨自卸汽車整車的生產(chǎn)，主要由改裝車廠在整車廠提供的基本型載貨汽車平臺(tái)上派生的自卸汽車底盤上，根據(jù)用戶需求進(jìn)行自卸作業(yè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改裝生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)最終的自卸汽車整車。隨著我國重型載貨汽車快速發(fā)展，專業(yè)用戶對(duì)自卸汽車綜合性能及可靠性要求的不斷提升，使得改裝設(shè)計(jì)生產(chǎn)模式已經(jīng)不能適應(yīng)自卸汽車細(xì)分市場(chǎng)的發(fā)展需求。將重型自卸汽車以底盤與上裝一體化設(shè)計(jì)是解決該問題的主要途徑。取消副車架自卸車的設(shè)計(jì)不僅能實(shí)現(xiàn)輕量化，而且可降低整車的重心，提高行駛穩(wěn)定性，因此，進(jìn)行取消副車架的重型自卸車主副一體式車架的設(shè)計(jì)研究具有十分重要的實(shí)

2、際意義。本文從重型自卸汽車車架與上裝作業(yè)部分一體化設(shè)計(jì)為主線，通過對(duì)裝有副車架的TY-1型自卸車車架為分析對(duì)象，提出設(shè)計(jì)硬點(diǎn)參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，取消副車架，提出直接與上裝作業(yè)部分實(shí)現(xiàn)對(duì)接的專用自卸車車架總成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行分析，為專用自卸汽車整車一體化設(shè)計(jì)，提供核心部件的設(shè)計(jì)參考依據(jù)。首先以裝有副車架的TY-1型自卸車車架為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元方法對(duì)其進(jìn)行靜載工況、卸載初工況和貨箱舉升至45°工況的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，并分析其自由模態(tài)，獲得該車架的應(yīng)力分布情況和動(dòng)態(tài)特性，并對(duì)該車架進(jìn)行了模態(tài)試驗(yàn)，得到車架前8階自由模態(tài)頻率和振型，驗(yàn)證有限元模型的可信性。在此基礎(chǔ)上，取消了副車架，并重新設(shè)

3、計(jì)主副一體式車架。該車架縱梁的結(jié)構(gòu)形式為工字型，基于等強(qiáng)度考慮，縱梁前部采用變截面結(jié)構(gòu)，論文設(shè)計(jì)了四種縱梁截面尺寸的車架結(jié)構(gòu)，且車架的靜彎曲應(yīng)力都能滿足強(qiáng)度要求。其次，對(duì)所設(shè)計(jì)的新車架進(jìn)行相同工況下穩(wěn)態(tài)力學(xué)分析，并比較各車架結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過綜合分析對(duì)比，確定TY-G3型車架為所設(shè)計(jì)車架形式，該車架的強(qiáng)度優(yōu)于TY-1型車架，重心降低14.35%，重量降低11.18%，滿足設(shè)計(jì)要求。TY-G3型車架的有限元模態(tài)分析結(jié)果顯示，車架的一階頻率有所提高，動(dòng)態(tài)性能得以改善。最后，結(jié)合尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化的方法對(duì)TY-G3車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，車架的重量減少了0.29t，降低幅度為19.2%，在實(shí)現(xiàn)車架輕量化的

4、同時(shí)，車架的材料布置更加合理，強(qiáng)度也得以提高。關(guān)鍵詞：低重心，重型自卸車，副車架，變截面，優(yōu)化設(shè)計(jì)XHEAVY-DUTY DUMP TRUCK INTEGRAL FRAME DESIGNABSTRACTAt present, the domestic road type heavy duty truck dump truck production, the basic type of truck platform provided by the modified car factory in the vehicle on the dump truck chassis derived accor

5、ding to user needs to design the dump operation system and modified production, realize self unloading automobile final. With the rapid development of China's heavy truck, dump truck professional users requirements for comprehensive performance and reliability of continuous improvement, make the

6、 modification design mode of production has been unable to meet the development needs of market segments of the dump truck. Heavy dump truck chassis and is provided with integrated design is the main way to solve the problem. Cancel the auxiliary frame design of dump truck can not only realize the l

7、ightweight, but also can lower the center of gravity, improve driving stability. Therefore, has a very important significance for heavy duty dump truck integral frame design to cancel the auxiliary frame.This paper with the frame of heavy dump truck is part of integrated design and operation as the

8、main line, through to the TY-1 type with a subframe dump truck frame as the analysis object, puts forward the design point parameters, on the basis of this, to cancel the auxiliary frame, the direct part and is provided to the work to achieve special dump truck frame assembly structure design, and c

9、arries on the analysis, for the special dump truck vehicle integration design, provides the core components of the design reference.Based on the TY-1 type with a sub-frame of the dump truck frame as the research object, using the finite element method, analysis its structural strength in the conditi

10、on of static state, the beginning of the unloading and cargo lift to 45 ° condition, and analysis of the free modal, stress distribution and dynamic characteristics of the frame was obtained. The experimental modal analyses have been done, obtaining first 8 order free modal frequency and vibrat

11、ion, validating the credibility of finite element model. On this basis, cancel the auxiliary frame, and redesign the integral frame. The structure of the frame longitudinal beam is I-shaped. Based on strength considerations, the front of the longitudinal beam convert into variable cross-section stru

12、cture. This paper designed four kinds of longitudinal beam cross-section size, and the frame static bending stress can meet the strength requirements.Secondly, under the same conditions, analyzing the steady-state of the redesigned frame, and comparing the structure parameters of each frame. By comp

13、rehensive analysis and comparison, it was confirmed that its form is the TY-G3 frame. The new frame strength is better than TY-1 type, the mass is reduced by 1.6% and the centre of gravity is decreased by 11.18%. The finite element modal analysis results show that the first-order frequency of new fr

14、ame increased, the dynamic performance is improved.Finally, optimization design is made on TY-G3 frame combined with the size optimization and topology optimization methods. The frame weight is reduced 0.29t, reduced by 19.2%. While the frame weight is lighted, the material layout more reasonable an

15、d the strength can also be improved.KEY WORDS: low gravitational center, Heavy-duty dump truck, sub-frame，variable cross-section，optimization design目 錄摘 要IABSTRACTIII第一章 緒論11.1 課題的來源和意義11.1.1 課題來源11.1.2 課題研究的意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.2.1 國內(nèi)商用車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究31.2.2 國外商用車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究51.3 本文研究的主要內(nèi)容7第二章 車架分析理論及有限元模型的建立92

16、.1 車架分析理論92.1.1 車架傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法92.1.2 有限單元法在車架分析中的應(yīng)用102.2 TY-1型自卸車車架基本結(jié)構(gòu)112.3 車架有限元模型的建立122.3.1 有限元軟件及單元的選擇122.3.2 網(wǎng)格劃分及質(zhì)量控制142.3.3 懸架的模擬162.3.4 零件連接方式的處理182.3.5 車架整體有限元模型192.4 本章小結(jié)20第三章 TY-1型車架性能分析213.1 車架穩(wěn)態(tài)力學(xué)分析213.1.1 車架基本載荷的確定213.1.2 靜載工況分析233.1.3 卸載初工況分析273.1.4 貨箱舉升至45°工況分析303.1.5 應(yīng)力結(jié)果綜合分析323.2 車架

17、有限元模態(tài)分析333.2.1 模態(tài)有限元模型343.2.2 模態(tài)分析結(jié)果343.3 車架的模態(tài)試驗(yàn)363.3.1 模態(tài)試驗(yàn)的實(shí)施373.3.2 模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果383.3.3 模態(tài)分析結(jié)果對(duì)比及評(píng)價(jià)403.4 本章小結(jié)41第四章 重型自卸車主副一體式車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)434.1 主副一體式車架的設(shè)計(jì)434.1.1 主副一體式車架的設(shè)計(jì)要求434.1.2 車架結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)444.1.3 縱梁斷面尺寸的選擇464.1.4 車架結(jié)構(gòu)參數(shù)的對(duì)比494.2 主副一體式車架穩(wěn)態(tài)力學(xué)分析494.2.1 TY-G1型車架結(jié)果分析504.2.2 TY-G2型車架結(jié)果分析554.2.3 TY-G3型車架結(jié)果分析584.

18、2.4 TY-G4型車架結(jié)果分析604.3 主副一體式車架的選型614.4 主副一體式車架的模態(tài)分析634.5 本章小結(jié)65第五章 主副一體式車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)675.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)理論675.2 車架結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化675.2.1 優(yōu)化模型的建立685.2.2 優(yōu)化結(jié)果分析685.3 車架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化705.3.1 優(yōu)化模型的建立715.3.2 優(yōu)化結(jié)果分析725.4 本章小結(jié)77第六章 總結(jié)與展望796.1 全文總結(jié)796.2 工作展望80參考文獻(xiàn)81致 謝85攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與項(xiàng)目支持87第一章 緒論2012年，據(jù)國務(wù)院發(fā)展研究中心預(yù)測(cè)，今后10到15年，全國每年GDP新增量中將有1

19、6%-17%由汽車產(chǎn)業(yè)提供，汽車將成為對(duì)中國國民經(jīng)濟(jì)拉動(dòng)力最強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)。中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2012年全國汽車產(chǎn)銷分別為1927.18萬輛和1930.64萬輛，中國汽車產(chǎn)銷雙雙再次刷新全球紀(jì)錄，連續(xù)四年蟬聯(lián)世界第一1 陳士華.2012年汽車及摩托車工業(yè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況N中國汽車報(bào)，2013-1-11（8）。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車產(chǎn)品競(jìng)爭日益激烈，為滿足差異化的需求，市場(chǎng)細(xì)分成為一種必然趨勢(shì)。在商用車領(lǐng)域這種趨勢(shì)更加明顯，市場(chǎng)細(xì)分使得專用車的發(fā)展前景更加廣闊，商用車專用化時(shí)代已然到來。2012年我國自卸車共銷售14.7萬輛，作為專用車領(lǐng)域所占比例較大的自卸車，其專用化具有很大的發(fā)展前景

20、，工程專用自卸車是一個(gè)很有發(fā)展?jié)摿Φ男袠I(yè)2 孫博，胡順安，周俊等.國內(nèi)非公路礦用自卸車發(fā)展現(xiàn)狀研究J.煤礦機(jī)械，2010，(08):15-16.。1.1 課題的來源和意義1.1.1 課題來源本研究得到了山西省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：工程專用自卸車開發(fā)，項(xiàng)目編號(hào)：2011-2368）、山西省科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：LNG液化天然氣重型載貨車，項(xiàng)目編號(hào)：20111101035）、山西省自然基金項(xiàng)目（項(xiàng)目名稱：基于用戶使用條件的典型工況重型自卸車燃油經(jīng)濟(jì)性分析研究，項(xiàng)目編號(hào)：2012011024-2）以及山西省優(yōu)秀研究生創(chuàng)新項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012-3025）的支持。本文結(jié)合項(xiàng)目對(duì)重型自卸

21、車車架進(jìn)行專用化設(shè)計(jì)。1.1.2 課題研究的意義我國自卸車底盤的研發(fā)不能適應(yīng)工程專用自卸車發(fā)展的趨勢(shì)。雖然國家一直強(qiáng)調(diào)治理超載以及不斷推出“節(jié)能減排”政策，國內(nèi)專用車廠也對(duì)自身產(chǎn)品進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，但是結(jié)果并不理想。自卸車上裝企業(yè)與主機(jī)廠一般分離開來，自卸汽車上裝的開發(fā)和生產(chǎn)以改裝為主要渠道，通常是在整車廠家提供的基礎(chǔ)通用底盤上加裝副車架的方式實(shí)現(xiàn)。這種以改裝為主要手段的自卸汽車的開發(fā)，使得自卸作業(yè)部分與底盤的匹配不盡合理、整車技術(shù)含量較低、整車性能和使用壽命降低。底盤專用化是實(shí)現(xiàn)工程專用自卸車開發(fā)的一種重要途徑，車架作為汽車的裝配基體和承載基體是底盤最重要的組成部分，其性能關(guān)系到整車的壽命，

22、因此，開展適應(yīng)于自卸車專用底盤的車架設(shè)計(jì)具有重要意義。國內(nèi)許多自卸車車架存在變形、斷裂等問題。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的自卸汽車副車架與主車架設(shè)計(jì)屬于經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)，在其它同類成熟車型車架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過測(cè)繪等手段反求出所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)參數(shù)，借助類比方法設(shè)計(jì)出產(chǎn)品，這種設(shè)計(jì)方式僅僅是驗(yàn)證了原設(shè)計(jì)方案的可行性，不能主動(dòng)獲得所設(shè)計(jì)車架的結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)。即使是在原方案上所做出的改進(jìn)設(shè)計(jì)，其方法并不科學(xué)，一般由改裝車廠家提出對(duì)車架進(jìn)行局部加強(qiáng)和安裝加強(qiáng)板、增加橫梁的數(shù)量等。其結(jié)果導(dǎo)致車架的局部強(qiáng)度不斷增大，出現(xiàn)剛度突變，使得易斷裂部位轉(zhuǎn)移到車架其他位置，結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度不均勻，材料強(qiáng)度特性不能夠得到合理利用3 張紅濤

23、，趙建霞，李芳等.前頂自卸車上裝減“副”探析前頂自卸車上裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需打破傳統(tǒng)J.商用汽車,2010,(S9):57-60.。本文應(yīng)用有限元分析技術(shù)，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的手段，旨在設(shè)計(jì)一款自卸車專用底盤的車架，以期達(dá)到降低整車重心以及輕量化的目的。其意義如下：1）底盤專用化的需求目前，國內(nèi)重型載貨自卸汽車的開發(fā)和生產(chǎn)以配置上裝方式改裝為主渠道。通常由具有改裝資質(zhì)的廠家，在整車廠家提供的基礎(chǔ)通用底盤上進(jìn)行專用化二次設(shè)計(jì)進(jìn)行改裝生產(chǎn)。為了滿足不同工程環(huán)境及使用工況的需求，改裝廠家在上裝作業(yè)專用化設(shè)計(jì)時(shí)，往往對(duì)底盤提出專用化的結(jié)構(gòu)需求，但整車廠提供的批量生產(chǎn)的基礎(chǔ)通用底盤又不可能實(shí)現(xiàn)這種多樣性結(jié)構(gòu)變化。由于

24、上裝與底盤不協(xié)調(diào)，改裝廠家通常會(huì)根據(jù)上裝需求，局部改變底盤的結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)底盤承載系統(tǒng)也進(jìn)行改裝。這種以改裝為主要手段的自卸汽車的開發(fā)，使得自卸作業(yè)部分與底盤的匹配不盡合理、改裝成本難以降低、整車技術(shù)含量較低，整車性能和使用壽命降低，故障率較高，其故障模式統(tǒng)計(jì)通常以底盤故障率占較大比例。底盤專用化可以最大程度的實(shí)現(xiàn)整車的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品適應(yīng)性更佳，制造成本降低；同時(shí)，掌握專用車總體開發(fā)技術(shù)是生產(chǎn)企業(yè)保持自主創(chuàng)新，占有國內(nèi)市場(chǎng)絕對(duì)份額的戰(zhàn)略需要。2）有效降低汽車重心，提高汽車行駛穩(wěn)定性行駛穩(wěn)定性是衡量車輛性能的重要指標(biāo)，“低重心”在車輛行駛過程中具有無法比擬的優(yōu)越性，如果在高重心狀態(tài)下顛簸行駛，稍

25、有不慎便有側(cè)翻危險(xiǎn)，自卸車由于重心較一般載重貨車高，發(fā)生側(cè)翻的幾率更高，這也是自卸車需要迫切解決的問題之一。自卸車副車架截面高度一般在200mm左右，去除副車架后，為保證車架強(qiáng)度，主車架縱梁高度雖略有增加，但相對(duì)同車型車箱底部距地面高度明顯降低，從而使整車重心降低，行駛穩(wěn)定性提高。同時(shí)有效降低了道路顛簸造成的沖擊載荷，提高了車輛的可靠性。3）輕量化的要求汽車輕量化可以降低燃油消耗，車輛每減重100kg。每百公里燃油消耗平均減少0.5L4 B.克萊恩.輕量化設(shè)計(jì)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010:1-5. 。車架的輕量化對(duì)自卸汽車獲得更好的燃油經(jīng)濟(jì)性具有積極的意義,車架自重是整車整備質(zhì)量的重要貢

26、獻(xiàn)源5 A.M.Sherman.Light weight materials for automotive applicationsJ.Materials Charactizaon,1995,35(1): 3-9. -6 王鐵，趙震，陳峙等.某車架結(jié)構(gòu)基于靈敏度分析的優(yōu)化設(shè)計(jì)J.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2013（4）:545-550.，自卸車副車架自身質(zhì)量一般在500700 kg，約占底盤總重的5%，去掉副車架的主副一體式車架能有效降低整車整備質(zhì)量，從而降低燃油消耗。對(duì)自卸車來說，減輕自身質(zhì)量還能提高有效載質(zhì)量，即增大了質(zhì)量利用系數(shù)，從而提高了運(yùn)輸效率。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)商用車車架

27、優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究國內(nèi)在商用車車架分析設(shè)計(jì)方面亦做過大量研究，尤其是近些年取得很大進(jìn)步。2007年南京航空航天大學(xué)針對(duì)濰坊寶利汽車公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的WFG9280重型車車架進(jìn)行一系列的計(jì)算分析和試驗(yàn)研究，在詳細(xì)分析車架的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的基礎(chǔ)上，采用尺寸優(yōu)化的手段實(shí)現(xiàn)了車架的輕量化設(shè)計(jì)，車架質(zhì)量降低了17.9%7 趙慧慧.重型汽車車架的結(jié)構(gòu)有限元分析與輕量化設(shè)計(jì)研究D.南京航空航天大學(xué)，2007.。2009年武漢理工大學(xué)王興宇從貨箱和車架的改進(jìn)設(shè)計(jì)方面對(duì)大噸位自卸車的輕量化做了研究。選取彎扭和舉升工況對(duì)該自卸車主副車架進(jìn)行了有限元穩(wěn)態(tài)力學(xué)分析，根據(jù)分析結(jié)果，對(duì)副車架做了改進(jìn)，消除了副車架中間小橫梁與油缸

28、拉桿支架接頭區(qū)域的應(yīng)力集中。以車架的體積最小為目標(biāo)函數(shù)對(duì)副車架部分零件截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后車架體積相比原設(shè)計(jì)方案降低了0.023138m3 8 王興宇.大噸位自卸車的輕量化研究D.武漢理工大學(xué)，2009.。2012年，太原理工大學(xué)大學(xué)碩士研究生趙震對(duì)TY-1型重型自卸車車架進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)力學(xué)及動(dòng)態(tài)特性分析及試驗(yàn)研究，預(yù)測(cè)了車架在常用工況下易出現(xiàn)失效的位置，并對(duì)車架動(dòng)態(tài)性能做出了評(píng)價(jià)，提出車架輕量化和提高車架低階模態(tài)頻率的方案，對(duì)車架的結(jié)構(gòu)改進(jìn)具有重要的指導(dǎo)意義9 趙震.重型自卸車車架的有限元分析及優(yōu)化D.太原理工大學(xué)大學(xué)，2012.。經(jīng)過大量研究表明，與在原車架結(jié)構(gòu)上進(jìn)行尺寸優(yōu)化與形狀優(yōu)化

29、相比，整體拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果能極大地改進(jìn)車架結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)輕量化10 Wang Jing-xin, Wang Tie, Yang Yan-chao, etc. Topology Optimization Design of a Heavy Truck FrameC.Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress: Lecture Notes in Electrical Engineering, 2013, (195): 219-227.。合肥工業(yè)大學(xué)做過大量車架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方面的工作，在車架設(shè)計(jì)之初，選取以車架實(shí)際尺寸的薄板作為拓?fù)鋬?yōu)化的

30、基結(jié)構(gòu)，設(shè)定車架的縱梁為非設(shè)計(jì)區(qū)域，通過拓?fù)鋬?yōu)化區(qū)域材料的分布尋找車架橫梁合理的布置位置，實(shí)現(xiàn)了車架的設(shè)計(jì)，并對(duì)所設(shè)計(jì)的車架進(jìn)行了有限元分析，結(jié)果表明，車架的強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)性能均得到提高11 盧利平.載貨汽車車架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)及有限元分析D.合肥工業(yè)大學(xué)，2009. -12 柏林.重型載貨汽車車架有限元分析及拓?fù)鋬?yōu)化D.合肥工業(yè)大學(xué)，2009.。燕山大學(xué)碩士研究生張國仙以某型 SUV 車架為研究對(duì)象，在整體拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果上得到實(shí)心結(jié)構(gòu)車架模型，然后根據(jù)彎曲剛度標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)化為等剛度空心結(jié)構(gòu)車架，并對(duì)車架各縱、橫梁的壁厚值做了尺寸優(yōu)化。為避免縱橫梁連接處的應(yīng)力集中，對(duì)連接處進(jìn)行了形狀優(yōu)化13 張國仙.基于拓

31、撲優(yōu)化結(jié)果的車架設(shè)計(jì)及分析D.燕山大學(xué)，2011.。吉林大學(xué)碩士研究生翟云龍?jiān)谡嚟h(huán)境下對(duì)車架進(jìn)行扭轉(zhuǎn)工況和彎曲工況的靜力分析，并提出了靜態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化理論，在不改變剛度的前提下減輕了車架重量14 翟云龍.整車環(huán)境下商用車車架的靜態(tài)剛度優(yōu)化設(shè)計(jì)D.吉林大學(xué),2011. 。國內(nèi)在自卸車無副車架設(shè)計(jì)方面也提出過大量可行性建議并已生產(chǎn)過無副車架自卸車產(chǎn)品。國內(nèi)以前就有無副車架的自卸車用于工程作業(yè)和道路運(yùn)輸，比如航天泰特的礦用自卸車和徐工的非公路寬體自卸車產(chǎn)品。重汽集團(tuán)專用汽車公司研發(fā)的無副車架自卸車采用了等高等寬的箱型車架結(jié)構(gòu)，降低了整車重心，增加了行駛穩(wěn)定性和舉升安全性。陜西汽車集團(tuán)有限責(zé)任公司也推出

32、了主副一體式車架前頂自卸車，采用了U形車廂，翻轉(zhuǎn)軸套式結(jié)構(gòu)，有效減少了整備質(zhì)量。但是現(xiàn)有產(chǎn)品大多未對(duì)車架做出合理設(shè)計(jì)，在使用過程中出現(xiàn)開縫、斷裂等問題，或存在材料未得到合理利用，因此主副一體式車架自卸車在開拓市場(chǎng)過程中遇到較大阻力。2005年，國內(nèi)學(xué)者曹琦從底盤設(shè)計(jì)和舉升方式的選擇方面入手，著重分析了前舉升機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，指出前舉升方式將逐步取代機(jī)構(gòu)舉升方式，并與取消副車架的重型自卸車相結(jié)合并最終做出輕量化是今后自卸車技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。但文中僅提出取消副車架后車架設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題，并未給出具體設(shè)計(jì)思路或相關(guān)產(chǎn)品，未驗(yàn)證取消副車架的可行性15 曹琦.無副車架的重型自卸汽車J.重型汽車，2005，(04)

33、:16-17. 。2009年陜汽集團(tuán)技術(shù)研發(fā)人員介紹了主副一體自卸專用車架的設(shè)計(jì)過程16 俞東海,蘇軍琪,田海洲.自卸車專用車架設(shè)計(jì)J.專用汽車,2009,(12):48-50.：取消副車架后，在彎曲應(yīng)力較為集中的自卸車駕駛室后的位置增加第三層縱梁，車架縱梁前端由雙層6+5mm改為6mm的單層，并對(duì)縱梁做了強(qiáng)度校核，縱梁危險(xiǎn)截面的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，車架縱梁滿足要求。該設(shè)計(jì)方法驗(yàn)證了自卸車通過加強(qiáng)主車架的方式取消副車架的可能性。2010年12月，山東訊力特種汽車有限公司技術(shù)中心研究人員詳細(xì)分析了前頂式自卸車上裝減負(fù)的可行性。并對(duì)無副車架自卸車結(jié)構(gòu)存在的問題以及其自身優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)作了詳細(xì)介紹

34、。最后給出了HOWO 8×4 前頂式自卸車無副車架結(jié)構(gòu)示意圖。他們認(rèn)為目前前頂式自卸車取消副車架不存在底盤承載技術(shù)和上裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，而是要盡早打破傳統(tǒng)觀念，創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念3。從以上車架設(shè)計(jì)研究狀況可以看出車架的研究主要集中在重型化，輕量化，以及降低重心等三方面。重型化是為了滿足載重的需求，提高運(yùn)載效率；汽車輕量化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題；“低重心”可有效提高車輛行駛穩(wěn)定性。取消副車架可以降低整車的整備質(zhì)量和重心，并提高自卸車行駛的穩(wěn)定性和安全性。汽車行業(yè)技術(shù)人員對(duì)自卸車去除副車架的態(tài)度是接受的，只不過推行無副車架還面對(duì)一些現(xiàn)實(shí)問題。但是現(xiàn)今，對(duì)主副一體式自卸車車架的研

35、究還處于理論研究階段，相關(guān)學(xué)者僅給出設(shè)計(jì)思路，并沒有給出具體的設(shè)計(jì)參數(shù)。市場(chǎng)上現(xiàn)有的主副一體式自卸車車架采用的是直接取消副車架，通過加強(qiáng)縱梁的方式實(shí)現(xiàn)，該類型車架存在許多不合理的地方。1.2.2 國外商用車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究國外的汽車工業(yè)歷史悠久，在車架設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析經(jīng)驗(yàn)，形成了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)改正記錄和設(shè)計(jì)規(guī)范。建立在分析和試驗(yàn)基礎(chǔ)上的各種優(yōu)化方法為車架設(shè)計(jì)提供了多種實(shí)用的選擇方案，使車架設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到優(yōu)化設(shè)計(jì)跨出了一大步17 劉威.某重型載貨汽車車架的設(shè)計(jì)分析與實(shí)驗(yàn)研究D.湖南大學(xué),2011. ?，F(xiàn)階段，作為先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的代表，CAE技術(shù)已成為

36、汽車企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的有效手段，已越來越廣泛地應(yīng)用于汽車產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)及樣車驗(yàn)證中18 丁渭平.汽車CAE技術(shù)M.成都：西南交通大學(xué)出版社，2010:1-15. 。車架是汽車最早應(yīng)用有限元計(jì)算的總成之一。伯明翰大學(xué)機(jī)械工程系D.T. Anderson和B. Mills使用有限元法得到汽車底盤結(jié)構(gòu)前9階固有頻率，他們提出相對(duì)簡單結(jié)構(gòu)、理想化模型的有限元分析結(jié)果更準(zhǔn)確。美國和其它國家的結(jié)構(gòu)分析人員定義了汽車有限元整車模型。Kamal和Wolf全面評(píng)述了有限元技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況。Li Haigan等人在Anays中建立了自卸式垃圾車副車架的有限元模型，分析了該車架在彎扭工況和制動(dòng)工

37、況下的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性，基于以上分析提出了改進(jìn)建議19 Li Hai-gan.Finite element analysis of heavy-duty dump tuck sub-frame based on ansysJ.Advanced Materials Research,2007.。2005年Helmut Darnnbauer等人對(duì)車架結(jié)構(gòu)的焊縫和點(diǎn)焊連接進(jìn)行了疲勞壽命分析20 Helmut Dannbauer,ChristianGai,Klaus Hofwimme. Fatigue Analysis of welding Seams and Spot Joints in Automo

38、tive StrueturesJ.SAE Paper,2005:46-50. 。汽車輕量化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的一項(xiàng)關(guān)鍵性研究課題。Ming-Tsung Chang通過改變材料和連接方式，對(duì)電動(dòng)車車架做出輕量化研究，在保證車架的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度前提下，實(shí)現(xiàn)車架減重25%21 Ming-Tsung Chang.The Development of Ligtweight Electric Vehicle FrameC.The 25th World Battary,Hybrid and Fule Cell Electric Vehicle SymposiumExhibition,2010. 。Al

39、usuisse RoadRail公司采用焊接的鋁制車架實(shí)現(xiàn)了自卸車車架的輕量化設(shè)計(jì)，如圖1-1所示，其縱梁由兩根不同形式的T形鋁材AlMgSi1F31制造。考慮到鋁材焊接處強(qiáng)度低的特性，下端T形鋁材的短輻板保證兩條縱向焊縫不是出現(xiàn)在應(yīng)力大的翼面上而是位于主要承受彎曲載荷的橫截面中性層上?？v梁前端鵝頸形斜坡通過冷彎曲加工成型。上端T形鋁材的高輻板一直延續(xù)到前端，在前端將邊緣切除，以便彎曲成所希望的斜坡形22 Erich Hoepke.載貨汽車技術(shù)M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007:159-160.。圖1-1 Alusuisse RoadRail公司采用焊接的鋁制車架Fig.1-1 Welding

40、 aluminum frame of Alusuisse RoadRail company底盤剛度對(duì)汽車操縱穩(wěn)定性以及安全性有至關(guān)重要的影響，辛辛那提大學(xué)William Steed 提出一種測(cè)量底盤抗扭剛度的新方法應(yīng)用于一級(jí)方程式底盤設(shè)計(jì)，文中采用多種測(cè)試方式并利用有限元模型分析法檢測(cè)F1車架可靠性，最終通過車架臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證了上述分析的正確性23 William steed.Torsional Stiffness Measuring Machine (TSMM) & Automated Frame Design ToolsD. University of Cincinnati,2010

41、. 。一般情況下，車架在平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)下不易遭到破壞，其動(dòng)態(tài)性能對(duì)車架的壽命起決定性影響。英國利茲大學(xué)I.M. Ibrahim等人做了車架彈性對(duì)汽車行駛平順性影響的研究，利用有限元法獲得的車架動(dòng)態(tài)特性與之前的試驗(yàn)數(shù)值一致，結(jié)果表明，車架彈性對(duì)車身和駕駛室的振動(dòng)影響較大24 I.M. Ibrahim, D.A. Crolla, D.C. Barton. Effect of frame flexibiliTY-1 on the ride vibration of trucksJ. Computers & Structures,1996, 58(4 ):709713.。皮特什蒂大學(xué)Stefan

42、 Tabacu等人對(duì)越野汽車車架進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，提出越野車多體動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究方法，得出車架縱梁受力變形仿真結(jié)果。然后運(yùn)用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，通過比較二者分析變形曲線得出一致的結(jié)果，并且分別分析了二者優(yōu)缺點(diǎn)，為車架分析提供參考25 Stefan Tabacu.Dynamic analysis of an off-road vehicle frame. Non-Linear Analysis,2006,（16）:263-290. 。近年，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)品之中。Altair公司以福特汽車中的一款 SUV 車架為研究對(duì)象，在不犧牲任何剛度的條件下實(shí)現(xiàn)了該車架輕量化設(shè)計(jì)。在車架設(shè)計(jì)之初采用

43、建立概念設(shè)計(jì)模型整體拓?fù)鋬?yōu)化的方法尋找出該優(yōu)化空間的最佳材料布局，整體拓?fù)鋬?yōu)化方法在實(shí)際約束條件的前提下所求結(jié)果已接近設(shè)計(jì)目標(biāo)，避免了盲目設(shè)計(jì)。然后采用局部拓?fù)鋬?yōu)化的方法重新定義車架中部的設(shè)計(jì)空間，使該部位的材料分布更加合理。最終通過詳細(xì)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)車架的全新設(shè)計(jì)26 李楚琳，張勝蘭，馮櫻等Hyper Works分析應(yīng)用實(shí)例M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011 。Chen C J等人應(yīng)用多種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)車架進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)27 ChenCJ,UsmanM. Design Optimization for automotive applieationJ.Int.J.Vehiele Design,

44、2001,25(2):126-139.。國外學(xué)者利用LS-DYNA軟件對(duì)城市清掃車車架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析及拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，提高了車架的剛度和動(dòng)態(tài)特性，同時(shí)減輕了車架質(zhì)量28 Zhou Bing.Structural Analysis and Topology Optimization Design for a Sweeper Vehicle Frame J.Insititute of Space Teconology,2010, 6.?？偟膩碇v，國外將有限元法應(yīng)用于車架分析計(jì)算比較早，從上世紀(jì)70年代就開始了對(duì)車架的有限元分析，國外十分重視利用有限元方法對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，分別從車架的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)

45、特性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面做了研究，并取得了大量的研究成果。1.3 本文研究的主要內(nèi)容本文基于降低自卸車重心并實(shí)現(xiàn)車架輕量化的目的，設(shè)計(jì)一款主副一體式重型自卸車專用車架。在新車架設(shè)計(jì)之前，首先對(duì)基礎(chǔ)對(duì)標(biāo)車架TY-1型自卸車車架，進(jìn)行有限元穩(wěn)態(tài)力學(xué)分析和模態(tài)分析。然后根據(jù)TY-1型車架的分析結(jié)果進(jìn)行新車架的設(shè)計(jì)，并對(duì)新型車架進(jìn)行尺寸優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化，為新型主副一體式車架設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的參考。具體內(nèi)容分為以下幾個(gè)部分：1）論述了車架分析的基本理論，介紹了傳統(tǒng)的車架設(shè)計(jì)方法和CAE技術(shù)在車架分析和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。根據(jù)TY-1型車架的結(jié)構(gòu)參數(shù)，在HyperMesh軟件中建立了車架的有限元模型。2）針對(duì)靜載、卸載

46、初、貨箱舉升至45°等三種典型工況對(duì)TY-1型自卸車車架進(jìn)行有限元穩(wěn)態(tài)力學(xué)分析。通過有限元模態(tài)分析和模態(tài)試驗(yàn)對(duì)車架的動(dòng)態(tài)性能作出了評(píng)價(jià)。3）結(jié)合車架傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和有限元分析方法，重新設(shè)計(jì)車架的結(jié)構(gòu)形式，選取了四種縱梁截面尺寸分別進(jìn)行了有限元穩(wěn)態(tài)力學(xué)分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行了車架選型，并對(duì)所選車架做了模態(tài)分析。4）建立主副一體式車架的尺寸優(yōu)化模型，設(shè)定車架構(gòu)件的厚度為變量，實(shí)現(xiàn)了車架的輕量化設(shè)計(jì)，尺寸優(yōu)化結(jié)果顯示車架前部仍具有輕量化空間，所以對(duì)車架縱梁前部做了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，尋求最優(yōu)材料分布。86第二章 車架分析理論及有限元模型的建立2.1 車架分析理論2.1.1 車架傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法車架傳統(tǒng)

47、設(shè)計(jì)方法是按照靜彎曲載荷來確定車架縱梁的斷面尺寸。車架彎曲計(jì)算的核心是計(jì)算縱梁各段的彎矩，然后通過選擇合理的材料許用應(yīng)力可算出縱梁截面系數(shù)。作用在車架縱梁上的載荷很多，采用彎矩差法可以將作用在縱梁上的彎矩M的計(jì)算大為簡化29 車架設(shè)計(jì)J.汽車技術(shù),1974,(02):1-13.?？v梁上所受的力如圖2-1所示，在力作用的i點(diǎn)的彎矩為前面所有力對(duì)這點(diǎn)的力矩和，即 （2-1）此處為k=1至k=i-1各點(diǎn)到i點(diǎn)的距離。同樣在i-1點(diǎn)的彎矩為 （2-2）和的關(guān)系為 （2-3）此處：= 在處的剪力；即和力作用點(diǎn)之間的距離，用表示。故相鄰二個(gè)力作用點(diǎn)的彎矩關(guān)系為 （2-4）按式（2-4）計(jì)算縱梁面的彎矩最后

48、一個(gè)力作用點(diǎn)處彎矩值應(yīng)零。圖2-1 用彎矩差法求彎矩Fig.2-1 Solving bending moment by moment difference2.1.2 有限單元法在車架分析中的應(yīng)用在外力作用下，任何一個(gè)彈性體與支撐結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生變形，變形導(dǎo)致扭曲，扭曲則導(dǎo)致應(yīng)力。由于車架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)解析方法不可能求出車架各處的應(yīng)力和位移。有限元法可有效求解結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題，其本質(zhì)是把計(jì)算域劃分為有限個(gè)互不重疊的單元，在每個(gè)單元內(nèi)，選擇一些合適的節(jié)點(diǎn)作為求解函數(shù)的插值點(diǎn)，單元上所作用的力等效到節(jié)點(diǎn)上，將微分方程離散求解30 徐芝綸.彈性力學(xué)簡明教程M北京：高等教育出版社，1999.。通

49、過建立彈性體平衡微分方程可以得出平面問題中應(yīng)力分量和體力分量的關(guān)系，通過建立幾何方程可以導(dǎo)出微分線段上的形變分量和位移分量之間的關(guān)系，然后建立材料的物理方程導(dǎo)出形變分量和應(yīng)力分量之間的關(guān)系，并加載邊界條件即可求得個(gè)分量。通過車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的有限元靜力分析，能夠找到車架在各種工況下各個(gè)部件變形和應(yīng)力的分布情況及最大值。基于分析結(jié)果，可獲得車架性能的相關(guān)參數(shù)，對(duì)下一步車架的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和開發(fā)設(shè)計(jì)新的車架形式具有重要意義。在有限元分析過程中，連續(xù)體被離散為單元后，由單元的位移函數(shù)和彈性體的幾何方程可以得到單元體內(nèi)的應(yīng)變、應(yīng)力與單元節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系： （2-5） （2-6）其中：u為單元內(nèi)任一點(diǎn)位移矢量

50、；N為單元的形函數(shù)；為單元節(jié)點(diǎn)位移矢量為應(yīng)變；L為單位位移的微分矩陣；u為位移矢量通過上式可求得節(jié)點(diǎn)位移和應(yīng)力結(jié)果，然后根據(jù)強(qiáng)度要求和材料的特性，選擇最大應(yīng)力對(duì)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度校核11。 2.2 TY-1型自卸車車架基本結(jié)構(gòu)1）本文研究的TY-1型車架為6×4重型自卸車車架，該自卸車相關(guān)參數(shù)如表2-1。表2-1 TY-1型自卸車參數(shù)Table 2-1 TY-1 dump truck parameters發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)WP10.340E32整車長×寬×高（mm）8435×2496×3490軸距（mm）3800+1350前輪距/后輪距（mm）2020/18

51、60總質(zhì)量/整備質(zhì)量（t）25/12.5整車前懸/后懸（mm）1430/1850車架的三維模型如圖2-2所示。主車架主要由2根縱梁、5根橫梁以及管狀橫梁和變速箱下包梁組成，為邊梁式梯形結(jié)構(gòu)，車架長7540mm，為前寬后窄的結(jié)構(gòu)，前端寬1000mm，后端寬850mm，高300mm，其軸距為3800+1350mm?？v梁為槽鋼結(jié)構(gòu)，截面為300×80×8mm?？v梁內(nèi)側(cè)貼合著通襯梁。第2根橫梁為拱形結(jié)構(gòu)，第4橫梁為背靠背結(jié)構(gòu)。副車架由兩根縱梁和五根橫梁組成，截面均為箱型結(jié)構(gòu)，副車架上安裝有舉升缸底座及翻轉(zhuǎn)座。主副車架之間采用連接板以及U型螺栓相連接。自卸車車架前端安裝前板簧支座，后

52、端安裝平衡懸架支座及平衡軸在圖中也一并給出。圖2-2 車架三維模型Fig.2-2 Frame three-dimensional model2）自卸車車架常用鋼材的種類有16Mn鋼板、510L汽車專用大梁材料、WL510材料和WL590材料，該車架所用材料為WL510。各種材料具體力學(xué)屬性如表2-2所示。表2-2 車架的材料屬性Table 2-2 Material characteristics牌號(hào)彈性模量（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）抗拉強(qiáng)度（MPa）密度（t/mm3）泊松比16Mn2.1×1053454907.85×10-90.3510L2.1×10551064

53、07.85×10-90.3WL5102.1×1054685737.85×10-90.3WL5902.1×1055576217.85×10-90.32.3 車架有限元模型的建立2.3.1 有限元軟件及單元的選擇1)有限元軟件在本文研究中所使用的軟件為HyperWorks，其中用到的主要功能模塊有 HyperMesh、HyperView、HyperGraph、OptiStruct 等。所研究車架有限元前處理在HyperMesh中進(jìn)行，使用HyperWorks自帶的RADIOSS求解器進(jìn)行求解計(jì)算，然后在HyperView中進(jìn)行有限元分析結(jié)果后處理。

54、HyperMesh是針對(duì)CAE主流求解器的前處理軟件，其具有CAD模型導(dǎo)入功能，通過Import子面板可以將三維建模軟件的CAD模型導(dǎo)入到HyperMesh數(shù)據(jù)文件，并通過選擇幾何方式導(dǎo)入外來的CAD文件、通過FE方式導(dǎo)入有限元文件等。借助模型導(dǎo)入功能可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的快速劃分，大型部件的有限元分析可通過多人合作的方式完成。HyperMesh在網(wǎng)格劃分方面具有其他軟件無可比擬的優(yōu)勢(shì)，網(wǎng)格劃分是有限元分析計(jì)算的基礎(chǔ)，也是其中心工作之一，而且工作量大、耗時(shí)多。利用HyperMesh可自動(dòng)劃分網(wǎng)格并自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)格質(zhì)量大大提高了工作效率。HyperMesh在螺栓連接和鉚接的模擬上也較為方便，并且連接模擬效果較

55、好，與實(shí)際情況相吻合。2)單元的選擇本文所研究的重型自卸車車架是由板型材料加工組合而成，所用板材的結(jié)構(gòu)特征是在厚度方向的尺寸遠(yuǎn)小于在其它兩個(gè)方向的尺寸，屬于薄壁結(jié)構(gòu)。對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)最好采用殼單元。根據(jù)殼體結(jié)構(gòu)的基本的理論假設(shè)：薄殼發(fā)生微小變形時(shí)，忽略沿殼體厚度方向的擠壓變形，且認(rèn)為直法線假設(shè)成立，即變形后中面法線保持為直線且仍為中面的法線。薄壁結(jié)構(gòu)采用殼單元模擬不僅能準(zhǔn)確反映車架的應(yīng)力狀態(tài)，相對(duì)于實(shí)體結(jié)構(gòu)其計(jì)算量也大大減少。如果選實(shí)體單元模擬，薄壁結(jié)構(gòu)在厚度方向的單元層數(shù)過少，當(dāng)承受彎矩的時(shí)候，計(jì)算結(jié)果誤差較大，反而不如殼單元精確，所以HyperMesh中模擬縱梁和橫梁時(shí)采用殼

56、體單元(PSHELL)，如圖2-3所示，單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有6個(gè)自由度：沿X、Y和Z方向的平動(dòng)自由度以及繞X、Y和Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。圖2-3 PSHELL單元 圖2-4 六面體單元Fig.2-3 PSHELL element Fig.2-4 Hexahedron element圖2-5 四面體單元Fig.2-5 Tetrahedral element對(duì)于鋼板彈簧支座，選用實(shí)體單元模擬。實(shí)體單元的各個(gè)節(jié)點(diǎn)僅具有3個(gè)平動(dòng)自由度。實(shí)體單元有六面體單元和四面體單元，如圖2-4和2-5所示。由于鋼板彈簧支座處應(yīng)力為非重點(diǎn)考慮區(qū)域，以及隨著計(jì)算機(jī)性能的提高，本文對(duì)板簧支座的模擬選擇的四面體單元完全能滿足計(jì)算精度的要求。對(duì)于縱梁和橫梁之間的螺栓連接和鉚接的模擬選用HyperMesh中的螺栓連接單元。鋼板彈簧支座與主車架之間的連接采用剛性單元，該單元本身不產(chǎn)生變形，僅起到連接的作用。2.3.2 網(wǎng)格劃分及質(zhì)量控制 對(duì)于殼單元的網(wǎng)格劃分在HyperMesh軟件的2D子面板中進(jìn)行。本文在有限元模型建立過程中，為保證網(wǎng)格質(zhì)量，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大的小孔、倒角做了適當(dāng)?shù)暮喕?，并?duì)連接孔周圍的網(wǎng)格做了washer處理，盡量