基于Midas NFX的自卸车货箱有限元分析及优化

张永亮，黄伟东，冯强

（陕西通力专用汽车有限责任公司，陕西 宝鸡 722405）

基于Midas NFX的自卸车货箱有限元分析及优化

张永亮，黄伟东，冯强

（陕西通力专用汽车有限责任公司，陕西 宝鸡 722405）

文章以Midas NFX 2014软件为工具，对通力公司自卸车货箱进行了有限元分析，确定了货箱的应力、形变分布情况；同时对货箱结构进行了拓扑优化，并将优化前后货箱的应力、位移和质量做了比较。结构表明，优化后的货箱既满足刚度和强度的要求，又最大程度的减轻了质量，达到轻量化、降低成本的设计目的。

自卸车货箱；Midas NFX；有限元分析；拓扑优化

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.11.018

CLC NO.: U469.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)11-56-03

引言

自卸车货箱的设计受传统思想影响，在材料使用方面只是一味的加厚和提高材料牌号来提高可靠性。这种方法设计的货箱常常与底盘的使用寿命不相匹配，往往出现底盘已经报废，货箱还完好的现象。另一方面，由于自重较大，导致车辆在整个生命周期内使用成本现对较高。那么就是说，货箱要满足一定的强度和刚度，恰当的强度、刚度既不能过剩造成各种资源的浪费，也不能不足导致故障频频。然这样就对自卸车货箱在设计中材料的分布使用情况提出了新的挑战。本文利用有限元分析软件Midas NFX对自卸车货箱进行强度和刚度进行了分析，并对货箱进行拓扑优化，在保证使用的前提下，达到减小应力、节省材料、减轻重量、降低制造和使用成本的目的。

1、计算模型

1.1 基本假设

（1）模型零件的材料均匀且各项同性；

（2）零件所受到的载荷与施加的约束始终不变。

1.2 模型建立

利用3D软件建模，本文以Solidworks软件为例创建模型如图1所示，保存为*.x_t格式文件。

1.3 导入，简化模型

采用Midas NFX导入*.x_t格式模型、简化模型，删除<30mm的圆角和圆孔，如图2所示。

1.4 定义特征、材料

用Midas NFX“特征”命令定义3D特征，用“材料”命令定义材料为Q235，弹性模量为 212000 MPa，泊松比为0.28，密度为7.86t/m3，屈服强度为235MPa。

1.5 网格划分

用Midas NFX“网格”命令定义3D网格，大小设置为100，采用混合网格生成器。最终生成34066个节点和73921个单元。如图3所示。

1.6 载荷边界条件

约束条件：用Midas NFX“载荷边界条件--边界条件--约束--固定”命令定义约束，选择底板两纵梁底面为固定约束。如图4所示。

载荷条件：自卸车主要用于矿石、煤炭、沙土、砂石等的运输，期压力值的大小与所载货物的密度有关，而且与实际装载状态有关。计算采用最危险工况（即满载状态）进行分析，载荷近似为静水压力分布规律于整个货箱内壁面，可用一下公式计算（2）：

货箱上边沿的压力为0MPa，因此压力分布公式可以表示为：

x-加载点距底板的垂直距离；

h-货箱上边沿距底板的垂直距离，单位：mm。

2、计算结果分析

对货箱组件进行静力学分析，结果见表1.图5和图6分别为货箱的位移和应力云图。

最大位移 最大应力 质量2.6mm 188MPa 3339.04Kg

由计算云图可知，货箱的最大应力值约为188MPa，最大应力出现在侧板中部，但未超过Q235的需用应力值235MPa，满足货箱受压力范围。

3、拓扑优化设计

在保证货箱刚度和强度的情况下，为了提高货箱的可靠性，节省材料，减轻货箱重量且降低成本，对原设计的货箱组件进行拓扑优化。红色部分应该保留的，而蓝色部分应该考虑减少材料，对货箱整体进行优化，优化后的模型如图7所示。

对比优化前后的模型进行计算分析，图8和图9分别为优化后的货箱组件的位移和应力云图，优化前后对比表见表2。

Dump truck compartment of the finite element analysis and optimization Based on Midas NFX

Zhang Yongliang, Huang Weidong, Feng Qiang ( Shaanxi Special Vehicle Co., Ltd, Shaanxi Baoji 722405）

This paper using Midas NFX 2014 software as the tool, on dump truck compartment of STL in finite element analysis was carried out to determine the support ,stress ,deformation distribution ;at the same time to support the topology optimization ,and the optimization before and after stress ,displacement and quality compare. The results show that,after optimized support not only meet the requirement of stiffness and strength of the compartment, and effectively reduce the quality, achieve the design of lightweight, reducing design cost.

dump truck compartment; Midas NFX; finite element analysis; topology optimization

U469.2

A

1671-7988(2015)11-56-03

张永亮，助理工程师，就职于陕西通力专用汽车有限责任公司。