基于HyperMesh的混凝土攪拌運(yùn)輸車罐體輕量化分析

王闖

摘要：采用有限元分析軟件HyperMesh，以某混凝土攪拌運(yùn)輸車罐體為研究對(duì)象，建立了該罐體的有限元分析模型，分析了不同壁厚的罐體在滿載靜止工況下的應(yīng)力位移。為后續(xù)罐體的輕量化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：混凝土攪拌運(yùn)輸車;罐體;有限元分析;輕量化

0 ?引言

混凝土攪拌運(yùn)輸車是一種長(zhǎng)距離運(yùn)輸混凝土的專用車輛，具有運(yùn)輸和攪拌的雙重功能[1]。攪拌車主要由罐體、副車架、進(jìn)出料裝置、操縱機(jī)構(gòu)、液電系統(tǒng)等組成。罐體是攪拌車的核心部件，其性能的優(yōu)劣對(duì)整車性能影響較大[2]。輕量化也將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。因此，本文對(duì)不同壁厚的罐體進(jìn)行靜力學(xué)分析，得出相應(yīng)的應(yīng)力位移結(jié)果及變化趨勢(shì)。同時(shí)測(cè)量市場(chǎng)上行駛里程十萬公里以上的攪拌車罐體壁厚，記錄罐體磨損數(shù)據(jù)。

1 ?罐體有限元分析

1.1 罐體模型的建立

對(duì)罐體建模并抽取中面，導(dǎo)入HyperMesh軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖1所示。

1.2 網(wǎng)格劃分

罐體與葉片采用殼單元，法蘭、滾道和托輪采用實(shí)體單元。進(jìn)行網(wǎng)格劃分，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，處理網(wǎng)格質(zhì)量不好的單元[3]。檢查網(wǎng)格連續(xù)性，保證應(yīng)力能夠連續(xù)傳遞。

1.3 材料及屬性

網(wǎng)格劃分完成后，添加板厚及材料屬性。材料的彈性模量為2.1e+05MPa，泊松比為0.3，密度為7.85e-09t/mm3。

1.4 載荷及邊界條件

1.4.1 約束

根據(jù)罐體的工作狀態(tài)，將滾道與托輪建立接觸對(duì)，約束法蘭盤XYZ方向的移動(dòng)自由度，約束托輪YZ方向的移動(dòng)自由度和XY方向的旋轉(zhuǎn)自由度。

1.4.2 載荷

罐體在滿載工況下的載荷包括自重及混凝土對(duì)罐體內(nèi)壁的壓力。

1.5 有限元分析結(jié)果

計(jì)算得到不同壁厚下罐體的位移云圖，如圖2所示。

計(jì)算得到不同壁厚下罐體的應(yīng)力云圖，如圖3所示。

不同壁厚的罐體最大應(yīng)力及最大位移，如表1所示。

罐體最大應(yīng)力和最大位移的變化趨勢(shì)，如表2所示。

2 ?實(shí)測(cè)罐體磨損量

對(duì)市場(chǎng)上十輛行駛里程達(dá)10萬公里的攪拌車罐體壁厚測(cè)量（測(cè)量多點(diǎn)，取平均值），記錄磨損量，如表3所示。車輛行駛10萬公里時(shí)，罐體壁的最大磨損量為0.8mm。

3 ?罐體輕量化可行性分析

若罐體壁厚為6mm，當(dāng)工作里程達(dá)10萬公里時(shí)，最大磨損量為0.8mm，罐體壁厚約5mm，罐體滿載時(shí)最大應(yīng)力減小1.55%，最大位移增加7.53%。因此，該結(jié)果可作為罐體輕量化可行性判斷的依據(jù)。

4 ?結(jié)語

本文利用HyperMesh有限元分析軟件，計(jì)算了攪拌車在滿載靜止工況下不同壁厚罐體的應(yīng)力及位移情況，得出罐體輕量化后應(yīng)力及位移的變化趨勢(shì)。同時(shí)對(duì)行駛里程達(dá)10萬公里的攪拌車罐體磨損量測(cè)量記錄。通過理論計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)分析，為后續(xù)的罐體輕量化設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]李庭庭，曹京賓.基于Workbench的砼攪拌車罐體有限元分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2016（1）：98-102.

[2]周振平，孫武和，趙二飛，等.混凝土機(jī)械構(gòu)造與使用維護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2013.

[3]李楚琳，等.HyperWorks分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.