客車骨架有限元分析1結(jié)構(gòu)與內(nèi)容21

概述2

建立有限元模型3

計算與分析4

結(jié)構(gòu)改進與分析5

結(jié)論客車車身是由各種承載件組成的空間超靜定結(jié)構(gòu)，

必須有足夠的強度和剛度，以保證其裝配和使用

要求。采用ANSYS軟件可以分析不同工況下客車車身骨架結(jié)構(gòu)的承載

特性，為其結(jié)構(gòu)改進

設(shè)計提供依據(jù)。

31概述客車車身骨架42建立有限元模型根據(jù)車身骨架結(jié)構(gòu)特點選擇單元類型為：1）BEAM188—三維線性有限應(yīng)變梁單元

（可承受拉、壓、彎、扭）2）COMBIN14—彈簧-阻尼單元2.1選擇單元類型2.2定義實常數(shù)彈簧單元:彈簧剛度K材料：骨架材料為Q2355抗拉強度（MPa）屈服強度（MPa）彈性模量（MPa）密度（RHO）（t/mm3）泊松比4502352.1×1057.85×10-90.32.3定義材料屬性2.4橫截面的定義定義骨架桿件共15種截面，其中7種模擬矩形空心型鋼，4種模擬角鋼，4種模擬槽鋼。6考慮到計算條件、時間等實際情況，采用實體梁單元建模。通過定義各根鋼管的方向點，指定每根梁的橫截面，劃分網(wǎng)格。2.5建立有限元模型有限元建模梁單元結(jié)構(gòu)簡單、便于計算殼單元結(jié)構(gòu)精確、量大耗時建模方法：梁單元建模與殼單元建模。72.5建立有限元模型實際行駛中車輛載荷和工況十分復(fù)雜，但就載荷性質(zhì)而言，車身主要載荷為彎曲和扭轉(zhuǎn)，這兩種載荷情況直接影響車身的結(jié)構(gòu)強度。83計算與分析3.1工況分析滿載彎曲滿載左前輪懸空滿載左后輪懸空模擬工況車輛可能會發(fā)生的極限工況9客車車身骨架是由型鋼焊接而成的整體結(jié)構(gòu)，分析時將車身作為一個整體考慮，車身的邊界條件就體現(xiàn)為板簧支座的位移。3.2施加約束工況約束方案滿載彎曲節(jié)點5的自由度全部約束，節(jié)點2，8，11的自由度均約束UY，UZ，ROTX，ROTZ,并對每個彈簧的上下節(jié)點進行UX，UY方向耦合。滿載左前輪懸空5，8，11節(jié)點約束和彎曲工況約束的自由度相同，2節(jié)點不約束。滿載左后輪懸空8，11節(jié)點約束和彎曲工況約束的自由度相同，2節(jié)點全部自由度被約束，5節(jié)點的自由度不約束。10車架前端剛性梁彈簧單元XYZ3.2施加約束客車骨架邊界條件約束位置示意圖：113.3施加載荷客車骨架載荷及加載形式：載荷加載形式骨架自身重量慣性加載通過加垂直方向的的重力加速度來施加發(fā)動機與底盤各總成等集中載荷施加在相應(yīng)的支承節(jié)點上貨物與乘客等均布載荷均布作用在底架上123.3施加載荷133.4計算分析3.41彎曲工況下的豎直位移圖：143.42彎曲工況下的應(yīng)力圖：15根據(jù)彎曲工況下的應(yīng)力圖:滿載彎曲工況下，客車骨架前圍、側(cè)圍、后圍和頂蓋的大部分區(qū)域應(yīng)力小于10MPa，應(yīng)力比較大的區(qū)域是發(fā)動機加載的橫梁及周圍的縱梁上，應(yīng)力最大值是70MPa左右。3.43彎曲工況分析163.44左前輪懸空扭轉(zhuǎn)工況下的豎直位移圖：173.45左前輪懸空扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力圖：18根據(jù)左前輪懸空扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力圖：客車骨架的很大部分應(yīng)力小于20MPa，在發(fā)動機加載的縱梁和橫梁周圍產(chǎn)生了較大的應(yīng)力約60MPa，在右圍的乘客門的豎直的梁上部分區(qū)域也產(chǎn)生了較大的應(yīng)力，約50MPa，前圍的支撐擋風(fēng)玻璃的橫梁應(yīng)力也有些大，但小于許用應(yīng)力。3.46左前輪懸空扭轉(zhuǎn)工況分析193.47左后輪懸空扭轉(zhuǎn)工況下的豎直位移圖：203.48左后輪懸空扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力圖：21根據(jù)左后輪懸空扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力圖：客車骨架的很大部分應(yīng)力小于25MPa，在發(fā)動機加載的縱梁和橫梁周圍產(chǎn)生了較大的應(yīng)力約100MPa，在右圍乘客門豎直梁上部分區(qū)域也存在較大的應(yīng)力約70MPa，前圍支撐擋風(fēng)玻璃的橫梁應(yīng)力也較大，但小于許用應(yīng)力。3.49左后輪懸空扭轉(zhuǎn)工況分析該客車骨架強度能夠滿足上述三種工況的運行要求。應(yīng)力較大的區(qū)域主要集中在：發(fā)動機加載的橫梁和縱梁乘客門立柱的下半部分前圍風(fēng)窗下矩管連接處3.50各工況分析總結(jié)224結(jié)構(gòu)改進與分析原因：骨架頂蓋、后圍應(yīng)力很小，底架上應(yīng)力不均。目的：增強骨架的強度，車身輕量化。方案：減小頂蓋部分矩管截面尺寸及后圍立柱的

角鋼尺寸，在發(fā)動機加載處加兩根橫梁，

同時去掉后半部兩根對底架應(yīng)力影響不大

的橫梁。234.1改進后彎曲工況分析24比較彎曲工況應(yīng)力圖以看出，改進后客車骨架的頂蓋和后圍的應(yīng)力仍小于12MPa，原來應(yīng)力比較的大的發(fā)動機加載點，應(yīng)力集中的區(qū)域減少了許多，此處最大應(yīng)力約50MPa。而在底架的后半部去掉兩根橫梁，應(yīng)力增大到20MPa，應(yīng)力小于許用應(yīng)力，滿足安全要求。4.1改進后彎曲工況分析254.2改進后左前輪懸空扭轉(zhuǎn)工況分析26比較左前輪懸空扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力圖以看出，改進后客車骨架的頂蓋和后圍的應(yīng)力仍小于27MPa，原來應(yīng)力比較的大的發(fā)動機加載點，應(yīng)力集中的區(qū)域減少了許多，此處最大應(yīng)力約90MPa。而在底架的后半部去掉兩根橫梁，應(yīng)力增大到60MPa，小于許用應(yīng)力，滿足安全要求。4.2改進后左前輪懸空扭轉(zhuǎn)工況分析274.3改進后左后輪懸空工況分析28比較左后輪懸空扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力圖以看出，改進后客車骨架的頂蓋和后圍的應(yīng)力仍小于28MPa，原來應(yīng)力比較的大的發(fā)動機加載點，應(yīng)力集中的區(qū)域減少了許多，此處最大應(yīng)力約80MPa。而在底架的后半部去掉兩根橫梁，應(yīng)力約為20M