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自卸車(chē)副車(chē)架是為避免車(chē)廂貨物對(duì)底盤(pán)車(chē)架(簡(jiǎn)稱(chēng)主車(chē)架)產(chǎn)生應(yīng)力集中而設(shè)置的專(zhuān)用裝置，是銜接專(zhuān)用底盤(pán)主車(chē)架與專(zhuān)用貨廂的重要承載部件，其設(shè)計(jì)的合理性對(duì)整個(gè)車(chē)輛的使用性能有著極其重要的影響。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)大都采用經(jīng)驗(yàn)法，這種方法設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，而且投入大，而國(guó)外的車(chē)輛設(shè)計(jì)己經(jīng)廣泛采用CAE技術(shù)，可使整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程大為縮短。本文利用大型通用有限元分析軟件ANSYS對(duì)某廠生產(chǎn)的重型載貨汽車(chē)的副車(chē)架進(jìn)行強(qiáng)度分析，說(shuō)明有限元分析法在自卸車(chē)副車(chē)架強(qiáng)度分析中的應(yīng)用，為CAE軟件在國(guó)內(nèi)專(zhuān)用車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用做了有益的探索。
該車(chē)主車(chē)架為邊梁式結(jié)構(gòu)，由左右2根縱梁和7根橫梁組成，俯視呈魚(yú)肚形不等寬結(jié)構(gòu);為使副車(chē)架與主車(chē)架有較好的連接，副車(chē)架與主車(chē)架的結(jié)構(gòu)基本相同，為邊梁式，俯視呈魚(yú)肚形，由2根縱梁、5根橫梁、后翻轉(zhuǎn)軸及加強(qiáng)梁和若干加強(qiáng)肋組成，副車(chē)架與主車(chē)架通過(guò)U形螺栓和止推板進(jìn)行聯(lián)接，該自卸車(chē)的車(chē)架結(jié)構(gòu)如圖所示。實(shí)體模型的建立，由于該車(chē)副車(chē)架的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，大部分為直線(xiàn)形結(jié)構(gòu)，所以采用有限元軟件ANSYS自帶的建模功能對(duì)其進(jìn)行實(shí)體建模，在實(shí)體建模過(guò)程中采用藕合節(jié)點(diǎn)自由度的方法模擬該車(chē)主、副車(chē)架的聯(lián)接。考慮到有些細(xì)節(jié)部分對(duì)計(jì)算結(jié)果影響很小，但卻極大地影響計(jì)算速度，所以在建模時(shí)，適當(dāng)?shù)膶?duì)實(shí)體模型做了簡(jiǎn)化：①忽略非承載件的影響；②忽略部件上不需特別關(guān)注的小圓弧過(guò)渡；③認(rèn)為結(jié)構(gòu)中的焊接是理想焊接；④去除車(chē)架上非用于裝配的。(2)有限元模型的建立 有限元模型建立的好壞是有限元計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵。為了獲得較好的計(jì)算精度，本文采用實(shí)體單元Solid45建立有限元模型，即在建模時(shí)采用計(jì)算精度高，模擬能力強(qiáng)的實(shí)體單元對(duì)副車(chē)架進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在劃分網(wǎng)格過(guò)程中設(shè)定離散副車(chē)架幾何模型的單元尺寸為20 mm，離散主車(chē)架幾何模型的單元尺寸為40 mm，共劃分約23萬(wàn)個(gè)單元。通過(guò)對(duì)主副車(chē)架疊合面的尺寸控制來(lái)處理節(jié)點(diǎn)不匹配問(wèn)題。所建立的有限元模型如圖所示。
因?yàn)楦避?chē)架是分析的重點(diǎn)，主車(chē)架是副車(chē)架的依附基礎(chǔ)，而懸架和輪胎與主車(chē)架連接，并未與副車(chē)架直接連接，所以將該車(chē)架有限元模型的邊界條件進(jìn)行處理：在前橋的2個(gè)輪胎與地面的接觸點(diǎn)向主車(chē)架下表面的投影處設(shè)置約束。由于兩后橋之間的距離相比主車(chē)架長(zhǎng)度很小，且兩后橋采用一個(gè)聯(lián)合懸架與車(chē)輪聯(lián)接，所以在兩后橋中心線(xiàn)與主車(chē)架下表面的交點(diǎn)處設(shè)置約束。
礦用自卸車(chē)的工作場(chǎng)所主要是礦山、野外等自然條件惡劣的地方，這些地方道路顛簸，崎嶇不平，或者就根本沒(méi)有道路。根據(jù)這些實(shí)際使用條件，選取純彎曲工況、彎扭聯(lián)合工況，以及自卸車(chē)卸貨時(shí)的關(guān)鍵工況(簡(jiǎn)稱(chēng)卸載工況)作為分析對(duì)象，來(lái)對(duì)自卸車(chē)的強(qiáng)度進(jìn)行分析。純彎曲工況：該工況主要模擬自卸車(chē)滿(mǎn)載時(shí)，在水平路面勻速行駛或者靜止時(shí)副車(chē)架的受力情況。此時(shí)，副車(chē)架所承受的載荷主要來(lái)自貨廂和貨物等的重力，載荷方向向下，有使副車(chē)架在水平方向上產(chǎn)生彎曲變形的趨勢(shì)。這是副車(chē)架最基本的變形形式，而且在任何工況下都會(huì)存在，因此對(duì)此工況的分析很有必要。用有限元模型分析車(chē)架純彎曲工況時(shí)，分別對(duì)4個(gè)車(chē)輪(兩前輪和后兩橋中心線(xiàn)在主車(chē)架下表面上的投影處)進(jìn)行不同的約束，選擇約束左前輪的z方向自由度，約束左前輪和右后輪的X方向的自由度，約束4個(gè)車(chē)輪的Y方向自由度。按照載荷作用的形式將各總成及駕駛員的質(zhì)量以集中力的形式施加在副車(chē)架的相應(yīng)位置上，將裝載質(zhì)量以均布載荷的形式施加在副車(chē)架的相應(yīng)位置上，以設(shè)置重力加速度的形式施加車(chē)架的自重。
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