基于有限元分析的鋁合金半掛車車架的結構設計探究

張元鵬

摘 要：基于有限元分析的鋁合金半掛車車架結構設計，車架為梯形非全承載式結構，在對結構設計進行完善的過程中，可通過有限元仿真以及車輛滿載模擬的方式，對彎曲、扭轉、加速、轉彎、制動等工況狀態進行檢驗與分析，在對結構強度進行優化的基礎上，可實現鋁合金半掛車車架結構設計的實際應用效果提升。在對鋁合金半掛車車架的結構設計進行優化的基礎上，可對車架強度、剛度等方面進行優化設計，從而達到輕量化設計的目的。

關鍵詞：有限元分析;鋁合金;半掛車車架;結構設計

引言：

基于有限元分析法的應用，對鋁合金半掛車車架的實際應用效果提升方面有積極作用。車架輕量化的結構設計需要充分考慮其強度以及剛度，目前，鋼制半掛車車架縱梁、橫梁等大多是采用高強鋼板沖壓、折彎成型后，對其進行焊接。通過合理的鋁合金半掛車車架結構設計，可實現掛車的輕量化設計。

1鋁合金半掛車車架的結構設計優化的意義

鋁合金半掛車車架的受力相對比較復雜，車輛靜止的狀態下，支承裝置與行走系統的支撐下，承受上裝以及載荷的重力，會引起縱梁的彎曲以及局部扭轉。例如，路面不平，車架會出現整體扭轉的情況。車輛行駛的過程中，載荷以及上裝自重以牽引力、轉向力、制動力等部件的載荷變化存在一定的差異性。基于此，通過有限元對鋁合金半掛車車架的結構設計進行分析，可對彎曲、扭轉、轉彎、制動等工況進行調整，并通過結構強度優化，實現鋁合金半掛車車架的結構設計效果提升。

2結構設計

鋁合金半掛車車架設計應參考鋼制車架結構，并在強度原則的基礎上，最大程度對鋁合金半掛車車架進行減重。本次鋁合金半掛車車架是以空氣彈簧懸架系統為備注，縱梁為平直結構，其中包含縱梁、牽引板等。

鋁合金半掛車車架是以傳統的梯形非全承載結構為主，通過鉚接以及螺接的方式進行連接。縱梁焊接是通過縱梁與前下翼加強版進行焊接，材料方面選擇抗拉強度在310MPa以上的6082-T6鋁合金，縱梁為400mm高的工字梁擠壓型材進行加工，避免出現應力集中的情況。在進行計算與分析中，可確定厚度以及寬度，并對抗彎、抗扭等方面進行控制，滿足鋁合金半掛車車架輕量化設計需求。主橫梁則是通過工字型主橫梁以及兩端C型連接板進行焊接，通過鍍鋅短尾拉鉚釘與縱梁腹板進行連接，提高其抗震性以及疲勞特性。從牽引板組件的角度進行分析，通過50#牽引銷連接，冰通過牽引板與支架的連接，對牽引板組件進行搭建。牽引板可利用t8/Q345B鋼板進行制作，為了達到減重的目的，可對鋼板進行折彎處理，其強度滿足實際的施工控制需求，具體的方案如下：

3有限元分析

3.1強度分析

在對鋁合金半掛車車架結構進行有限元分析的過程中，按照GBT6892-2006進行設計，其材料屬性如下：

在對鋁合金半掛車車架的強度進行分析中，可對邊界約束狀態進行檢驗與分析，在進行模擬與分析中，可通過x、y、z的平動自由度，對鋼板的x、z向平動自由度進行控制。為了模擬鋁合金半掛車車架的實際應用過程中的受力狀態，可對彎曲、扭轉、轉向、制動等工況下的應力應變狀態進行檢驗與分析，滿載質量為40t，彎曲工況狀態下，車輛的動載系數垂向1.5倍。車輛滿載條件下，可通過減速制動進行調整與控制。

3.2結果分析

分析鋁合金半掛車車架的結構設計，在平整路面上的靜止或者勻速行駛狀態下，可對鋁合金半掛車車架的負載、自重情況的應力分布繼續擰控制。在對等效應力進行檢驗與分析中，最大等效應力為160MPa，后部右前輪的懸架鋼板位置與縱梁搭接有直接關系，其整體應力相對比較低，最大的形變為13.5mm。鋁合金半掛車車架的牽引支架最大應力可以達到258.5MPa，其位置為牽引板組件的鋁型材料。從鋁合金半掛車車架扭轉工況的角度進行分析，輪胎懸空的狀態下，車架結構需要考慮后部右前輪懸空工況，最大的盈利為260MPa，后部右前輪位置，懸架鋼板位置與縱梁的搭接位置，最大形變為26mm，牽引板鋁支架結構在實際應用中，最大等效應力為276MPa。從轉向工況的角度進行分析，鋁合金半掛車車架結構是左右對稱，在對等效應力進行分析中，最大等效應力為267MPa，在利用螺栓的基礎上，會出現應力集中的情況，最大形變量可達到38.7mm。牽引板鋁支架也會出現局部應力集中的情況，結構最大應力會超過材料本身的屈服強度。從制動工況的角度進行分析，鋁合金半掛車車架在實際運行的過程中，最大等效應力為100MPa，牽引板與縱梁的螺栓連接位置，屈服強度小于260MPa，整體的結構性能基本滿足鋁合金半掛車車架的結構設計需求，最大形變為8.49mm，支架結構的最大等效應力為230MPa，其可應用于鋁合金半掛車車架的結構設計中。在車輛行駛的狀態下，鋁合金半掛車車架的整體結構承載力會發生變化，所以，在進行有限元分析的基礎上，可通過鋁合金半掛車車架的實際應用，可彌補結構的應力問題。

4結束語

綜上所述，鋁合金半掛車車架結構設計，對車架結構進行優化的基礎上，可對鋁合金半掛車車架的制動、轉矩、輕量化設計等方面進行完善。在實際運行與控制的過程中，鋁合金半掛車車架的等效應力與位移變化在可控范圍內，可通過鋁合金半掛車車架的抗擊動載荷控制與優化，在進行過渡設計的基礎上，可實現鋁合金半掛車車架結構設計的實際應用效果提升。

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