。746 北京科技大学学报 第29卷 近的两根横梁之间增加一块蝶形加强板（图4©）， 形状复杂，尺寸变化大，如果采用八面体或者其他精 从而轮轴座周围的应力也得到了改善 度较高的实体单元，计算开销太大，也无法适应模型 的复杂程度，而采用曲棱四面体不仅能较好适合不 a (b) 规则形状而且满足精度要求19.本车架采用10节 点二阶单元的Sold187,单元网格大小指定，此模型 共有207151个节点，116665个单元，鹅颈部分有限 元模型如图8所示. 图6横梁截面示意图 Fig.6 Schematic sketch of the crossgirder's cross-section 14纵梁与横梁的连接 纵梁与横梁的连接方式有分段焊接式和整体贯 穿式.分段焊接式结构对纵梁的强度影响不大可. 本车架有图7所示的两种分段焊接方式：横梁和纵 梁的腹板连接（图7(）)；横梁与纵梁腹板下翼板连 接（图7(b).在轮轴座前后各两根横梁采用 图8SGA92150型半挂车有限元模型 图7(b)的连接方式来提高车架的扭转刚度：其他处 Fig.8 FEA model of the SGA92150 semi-trailer 采用图7(a)的连接方式.因为采用横梁仅与纵梁的 2.2载荷和边界条件 腹板相连接，允许纵梁截面产生自由翘曲，不产生约 由于半挂车在正常使用时，前面部分经过支撑 束扭转)，满足该车架中部变形较大的要求. 在牵引销座上的牵引销和前端快换接头连接板上的 三根弹簧与牵引车相连，后面部分通过轮轴、车轮支 撑在路面上，所以对纵梁约束为：车架在对称面上采 用对称效应约束，在牵引销座孔和轮轴座孔均采用 圆柱约束 (b) 货物通过上盖板作用在车架上，因而采用上盖 板中部（即鹅颈与尾部斜面之间的部分）承受均匀载 图7横梁与纵梁的连接.(a)横梁与腹板：(b)横梁与下翼板 荷的加载方式，由于整车额定载重量为150t,所以 Fig.7 Joint of the crosgirder and longitudinal girder.(a)cross 此模型所承受的载荷为额定载重的1/2，方向垂直 girder and web:(b)crosgirder and wing plate 向下. 2.3计算结果与分析 2有限元计算和分析 分析结果包括等效应力和总变形的最大最小值 车架有限元计算大多采用梁单元和板单元网 以及其他部分点的值.对于16Mn钢，屈服极限 这种模型规模小，但计算结果不全面，也不精确，无 o,=360MPa,强度极限o=620MPa.根据文献[2] 法得到构件截面的压力分布.随着计算机性能的提 取安全系数k=1.4,所以车架的许用应力= 高及有限元软件的改进，利用三维实体单元(sod) 对车架进行全面精确的分析成为可能y.本文采用 ~257MPa. Solid单元，对SGA92150型半挂车进行分析，计算 图9是满载时车架的应力分布俯视图，图10是 出各部件的应力情况，找出薄弱环节，为车架设计提 应力分布仰视图.从图中可以看到，有限元计算得 供参考. 到的最大应力为229.106MPa,小于材料的许用应 21结构离散及有限元模型的建立 力，位置处于半挂车车架前部牵引销座附近纵梁下 由于SGA92150型半挂车车架结构左右对称， 翼板拐角处，而其他绝大部分的应力都小于 为了减小计算规模，取一半作为计算对象.首先用 100MPa,车架强度满足要求.最大应力出现在牵引 Unigra即hics建立实体模型，然后将此模型导入到 销座附近，是因为模型省略了牵引销，而模型受到扭 Ansys Workbench中建立有限元模型.由于车架的 转作用，在实际使用中此处应力会小一些.近的两根横梁之间增加一块蝶形加强板( 图 4( e) ) , 从而轮轴座周围的应力也得到了改善. 图 6 横梁截面示意图 Fig.6 Schemati c sketch of the crossgi rder' s cross-section 1.4 纵梁与横梁的连接 纵梁与横梁的连接方式有分段焊接式和整体贯 穿式.分段焊接式结构对纵梁的强度影响不大[ 6] . 本车架有图 7 所示的两种分段焊接方式:横梁和纵 梁的腹板连接( 图 7( a) ) ;横梁与纵梁腹板下翼板连 接( 图 7 ( b ) ) .在轮轴 座前后各 两根横梁采 用 图 7( b) 的连接方式来提高车架的扭转刚度 ;其他处 采用图 7( a) 的连接方式.因为采用横梁仅与纵梁的 腹板相连接, 允许纵梁截面产生自由翘曲, 不产生约 束扭转[ 7] , 满足该车架中部变形较大的要求 . 图 7 横梁与纵梁的连接.( a) 横梁与腹板;( b) 横梁与下翼板 Fig.7 Joint of the crossgirder and longitudinal girder:( a) cross￾girder and web;( b) crossgirder and wing plate 2 有限元计算和分析 车架有限元计算大多采用梁单元和板单元 [ 8] , 这种模型规模小, 但计算结果不全面, 也不精确, 无 法得到构件截面的压力分布.随着计算机性能的提 高及有限元软件的改进, 利用三维实体单元( solid) 对车架进行全面精确的分析成为可能[ 9] .本文采用 Solid 单元, 对 SGA92150 型半挂车进行分析, 计算 出各部件的应力情况, 找出薄弱环节, 为车架设计提 供参考. 2.1 结构离散及有限元模型的建立 由于SGA92150 型半挂车车架结构左右对称, 为了减小计算规模, 取一半作为计算对象.首先用 Unigraphics 建立实体模型, 然后将此模型导入到 Ansys Workbench 中建立有限元模型.由于车架的 形状复杂, 尺寸变化大, 如果采用八面体或者其他精 度较高的实体单元, 计算开销太大, 也无法适应模型 的复杂程度, 而采用曲棱四面体不仅能较好适合不 规则形状而且满足精度要求[ 10] .本车架采用 10 节 点二阶单元的 Solid187, 单元网格大小指定, 此模型 共有207 151 个节点, 116 665 个单元, 鹅颈部分有限 元模型如图 8 所示 . 图 8 SGA92150 型半挂车有限元模型 Fig.8 FEA model of the SGA92150 semi-trailer 2.2 载荷和边界条件 由于半挂车在正常使用时, 前面部分经过支撑 在牵引销座上的牵引销和前端快换接头连接板上的 三根弹簧与牵引车相连, 后面部分通过轮轴、车轮支 撑在路面上, 所以对纵梁约束为 :车架在对称面上采 用对称效应约束, 在牵引销座孔和轮轴座孔均采用 圆柱约束. 货物通过上盖板作用在车架上, 因而采用上盖 板中部( 即鹅颈与尾部斜面之间的部分) 承受均匀载 荷的加载方式, 由于整车额定载重量为 150 t, 所以 此模型所承受的载荷为额定载重的 1/2, 方向垂直 向下. 2.3 计算结果与分析 分析结果包括等效应力和总变形的最大最小值 以及其他部分点的值 .对于 16Mn 钢, 屈服极限 σs =360 M Pa, 强度极限 σb =620M Pa .根据文献[ 2] 取安全系数 k =1.4, 所以车架的许用应力[ σ] = σs k ≈257M Pa . 图 9 是满载时车架的应力分布俯视图, 图 10 是 应力分布仰视图 .从图中可以看到, 有限元计算得 到的最大应力为 229.106 MPa, 小于材料的许用应 力, 位置处于半挂车车架前部牵引销座附近纵梁下 翼板 拐角 处, 而 其 他绝 大部 分 的应 力 都小 于 100M Pa, 车架强度满足要求 .最大应力出现在牵引 销座附近, 是因为模型省略了牵引销, 而模型受到扭 转作用, 在实际使用中此处应力会小一些 . · 746 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 29 卷