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車架作為車輛的承載主體，支撐著發(fā)動機、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、非承載式車身和貨箱等所有彈簧上與質(zhì)量有關(guān)的機件，承受著傳給它的各種力和力知，其可靠性關(guān)系到整車能否正常行駛，以及整車的安全性。當今，對汽車輕量化和降低成本的要求越來越高，為同時滿足這些要求，以往的經(jīng)驗類比法己經(jīng)不適用，隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)普遍將有限元法應(yīng)用到車架的強度分析中，應(yīng)用有限元分析軟件對半掛車車架進行了強度分析。
1半掛車車架模型的建立
UG采用基于特征和約束的建模技術(shù)，具有交互建立和編輯復雜實體模型的能力，可以快速地進行概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)細節(jié)設(shè)計。使用自底向上的建模方法，即由已建立的單個部件的三維模型逐級地進行組裝，最后組成裝配件。裝配時按照由小到大由前到后的順序裝配好各個組件。裝配的先后順序是：主縱梁—前后端梁—貫通稱—邊梁—邊稱—牽引板稱—邊斜稱—中間稱—牽引板—支架—懸架斜稱。裝配完成后對車架各零部件進行布爾求和運算。在考慮模型結(jié)構(gòu)特點，分析類型和精度要求后對車架模型進行結(jié)構(gòu)簡化，如圖所示。
2靜態(tài)分析
2.1邊界條件處理
依據(jù)所選擇建立的有限元模型，參考設(shè)計要求和具體使用情況。根據(jù)半掛車車架實際使用約束位置，不考慮鋼板彈簧的作用，作以下約束處理：
1) 在半掛車車架前后支架的吊耳孔處采用全約束；
2) 在罐體前部將牽引銷板的孔處采用全約束；
3) 在結(jié)構(gòu)的對稱而上用對稱約束。
2.2靜強度計算結(jié)果及其分析
車架總體采用彈性模量E=2.1E10MPa，泊松比0.3，屈服強度235MPa，抗拉強度275-460 MPa的碳素鋼Q235。在有限元分析過程中經(jīng)處理得車架總體應(yīng)力分布云圖，位移分布云圖。
由應(yīng)力分布云圖可知:整個車架的總體應(yīng)力較小，只是在部分區(qū)域應(yīng)力較集中，包括前支架與車架連接區(qū)域、牽引銷孔處和邊稱和主縱梁連接部分。如圖所示可看出最大應(yīng)力集中在后部懸架支架附近區(qū)域和牽引銷孔處，其大小為51.8MPa，半掛車車架所選鋼材的屈服極限為235 MPa，可知車架上最大應(yīng)力值遠小于材料的屈服極限。所以從靜態(tài)角度講車架的強度滿足車架的性能要求，可減少貫通稱和邊斜稱數(shù)量，以節(jié)約生產(chǎn)成本，減少浪費。
由應(yīng)變分布云圖可知：整個車架的總體應(yīng)變較小，只是在車架邊縱梁中部附近區(qū)域變形相對較大，其最大變形值是2.128 mm，如圖所示。所以從靜態(tài)角度講車架的剛度也滿足使用要求，只是在車架中部變形相對較大，可以適當增加此位置上主縱梁、邊縱梁和貫通稱的剛度，以減小車架變形。
3模態(tài)分析
3.1模態(tài)分析前處理
由于實際支撐條件下的有限元分析很難實施，而從理論上講，可以通過數(shù)學建模的方法得到任意約束邊界條件下的特性。因此車架有限元模態(tài)分析不采用任何約束，以求接近模態(tài)試驗效果。
計算頻段的選擇應(yīng)考慮到車架在實際運行條件下可能出現(xiàn)的激振頻率范圍。而高頻模態(tài)貢獻的大小取決于激振頻率和激振力的分布狀態(tài)。因此，計算頻段應(yīng)略高于激勵力的頻帶。考慮到實際的運行速度、路面條件、車架、其他部件，以及綜合分析的需要，選取前十階模態(tài)固有頻率作為其計算頻段。
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