基于高強(qiáng)鋼應(yīng)用的自卸車(chē)貨箱輕量化研究

摘要：本文對(duì)某型號(hào)的大噸位自卸車(chē)進(jìn)行了輕量化研究，根據(jù)彈性力學(xué)及板殼理論推導(dǎo)出的計(jì)算公式進(jìn)行高強(qiáng)度鋼板的等代設(shè)計(jì)。主要應(yīng)用ANSYS有限元分析軟件，建立自卸車(chē)貨箱的有限元分析模型，對(duì)比高強(qiáng)剛替換前后車(chē)箱的強(qiáng)度和剛度數(shù)據(jù)。結(jié)果表明使用高強(qiáng)剛可以明顯減輕貨箱自重，綜合效益更好，為進(jìn)一步的理論研究和實(shí)際生產(chǎn)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：車(chē)廂 有限元 輕量化 高強(qiáng)鋼

1.前言

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外石油、鋼材價(jià)格大幅度上漲，資源短缺、能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)問(wèn)題日益突出，使得自卸車(chē)生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)成本和市場(chǎng)用戶的使用成本居高不下。國(guó)外研究表明：一般情況下，車(chē)重每減輕10%，可節(jié)省燃油3%～7%[1]。十二五規(guī)劃中，將輕量化列入我國(guó)裝備制造業(yè)的目標(biāo)取向，積極推行輕量化、低消耗設(shè)計(jì)已成為行業(yè)趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)越來(lái)越重視汽車(chē)用高強(qiáng)度綱的開(kāi)發(fā)與研究，目前鞍鋼、武鋼、寶鋼等已經(jīng)生產(chǎn)了不同等級(jí)的高強(qiáng)度剛，用高強(qiáng)剛替代普通鋼板，對(duì)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展具有推動(dòng)作用。

本文是基于大噸位自卸車(chē)的輕量化研究，該型貨車(chē)車(chē)廂尺寸為7.2m×2.3m×1.8m（長(zhǎng)×寬×高），額定載荷40噸，主要用于運(yùn)輸砂石、煤、鋼材等，并且實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中路況較好。主要應(yīng)用有限元法，對(duì)貨箱受載后的應(yīng)力分布及強(qiáng)度位移變化情況進(jìn)行分析，進(jìn)行高強(qiáng)度鋼板的等代設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)輕量化的結(jié)果。

2.高強(qiáng)鋼等代設(shè)計(jì)

2.1等代設(shè)計(jì)計(jì)算公式

除了部件厚度不同，替換前后的有限元分析應(yīng)保持網(wǎng)格密度、載荷和約束及工況等條件相同。為了便于總結(jié)原結(jié)構(gòu)與替換鋼板后的應(yīng)力應(yīng)變情況，分別取前板、后板、側(cè)板、底板的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。車(chē)廂替換高強(qiáng)度鋼板后的應(yīng)力結(jié)果仍在許用范圍內(nèi)，最大位移與原結(jié)構(gòu)相比沒(méi)有明顯的增加，說(shuō)明使用高強(qiáng)鋼替代普通鋼板進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)是可行的。圖2、圖3分別為Q235和T610鋼板車(chē)廂的前門(mén)應(yīng)力圖（因篇幅所限，其它車(chē)廂板圖在此不一一羅列）。

4.結(jié)論

（1）自卸車(chē)車(chē)廂載重量一定時(shí)，各部件的最大應(yīng)力排序由大到小一般為：側(cè)板>底板>前板>后板，其中側(cè)板、底板對(duì)提高材質(zhì)強(qiáng)度的需求最大，前板、后板的材料減薄空間最大；

（2） 通過(guò)高強(qiáng)鋼板等代設(shè)計(jì)，在保證總體性能滿足使用要求的情況下，有效減小了車(chē)廂整體質(zhì)量，提高了整車(chē)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了輕量化的效果，為進(jìn)一步的理論研究和實(shí)際生產(chǎn)提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] Takehide Senuma， Physical Metallurgy of Modern High Strength Steel Sheets， ISIJ International， Vol. 41 （2001）， No. 6， pp. 520–532

[2] 范世斌，馬力，高金玲.專(zhuān)用車(chē)構(gòu)件高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度等代設(shè)計(jì)中的板厚計(jì)算[J].專(zhuān)用汽車(chē)2009（1）：54-57

作者簡(jiǎn)介：王紫迎（1988-），女，漢族，碩士研究生，研究方向：機(jī)械CAD/CAM