重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究

吕帅 窦娟

泰安航天特种车有限公司 山东 泰安 271000

提高重型特种车车架强度，必须要使用一定的轻量化措施。这样有利于重型特种车车架具有更好的使用效果。保证重型特种车在使用过程中可以有更长的使用寿命。所以需要经过科学的研究分析，找到有效的办法。对重型特种车的车架强度和轻量化之间的关系进行平衡。灵活的使用工艺技术，可以最大程度的满足生产与使用方面的需求。除此之外，重型特种车要提高其轻量化问题的处理效率，提高车架实际使用过程中的服务水平。

1 特种车车架实例分析

重型特种车在实际使用过程中会受到多方面客观因素的影响，导致车架的整体抗压强度减弱，最终使得重型特种车的实际使用效果难以满足生产作业的需求，降低了其工作性能；并且，因为重型特种车车架过于沉重；在实际使用的过程中会存在移动缓慢、对路面情况要求高等问题，影响了工作效率，所以在重型特种车车架方面，要采取必要的轻量化措施，使其具有更高的使用性能。但是不能以牺牲车架强度为代价，掌握好车架强度与轻量化之间的关系。

2 重型特种车车架强度分析

2.1 有限元基本思想

有限元法使用过程中主要是把分析目标的整体结构通过一定的方式分成多个有限元微小单元体。然后通过节点将相邻的单元相互连接的方法。这些单元体连接集合可以代替原有的结构实体。达到分析目标连续体的离散化。以节点基本未知数为分类原则。有限元法包括混合法和位移法。在分析过程中，其步骤为：

（1）对目标的整体结构进行离散化处理；

（2）选择可靠的位移模式；

（3）对各个单元力学性能进行重点分析；

（4）对等效节点力进行科学分析；

（5）将所有的单元刚度方程进行设置，建立出可以反映连续体结构的平衡方程；

（6）对单元应力以及未知节点位移进行计算。

2.2 车架强度有限元分析中板壳单元分析

因为重型特种车很多结构部件使用了薄壁梁，这种材料的厚度和截面尺寸都小于部件长度，所以可以将车架的各个组成部分看成是多个板壳组合而成。利用板壳单元建立出科学的有限元计算模型，精确的计算、分析出车架强度。主要过程为：

（1）在板壳有限元的分析过程中， 要注意平板单元组成的折板系统，并且将其科学的使用在分析车架各个组成部件的应力状态的过程中。找到重型特种车车架在不同的应力状态下其抗压强度的分析结果。

（2）直接建立出曲面单元。通过对壳体理论的分析使用。建立出科学的单元刚度矩阵，达到对车架刚度进行全面评估的目的。并且对其组成部件之间的接头连接方式和复杂纵横梁性能进行重点讨论。最终可以得到重型特种车车架刚度的实际信息。

2.3 车架强度有限元分析中其他单元分析

整合重型特种车车架结构分析研究可知，一些部件的几何形状特性限制了梁单元模拟和板壳模拟，这就需要使用其他科学的方法进行深入研究。车架强度的有限元分析中，其他单元分析的过程中主要过程为：

（1）用梁单元模拟轴进行模拟分析。径向力传递过程中可以通过杆单元传递轴和轴承之间的连接方式进行表示。

（2）要选择部分杆单元，对其平衡自由度进行分析研究，保证重型特种车的车架强度研究时可以模拟轴梁单元，并且可以展现出自身的轴向自由转动形式同时将这个问题作为重点研究内容。为重型特种车车架强度研究分析做出必要的参考。

3 重型特种车车架轻量化问题研究

通过对重型特种车车架的强度和刚度进行科学的研究分析。可知重型特种车车架轻量化问题处理的有效方式。达到完善车架结构和性能的目的。把重型特种车车架自重力控制在合理的范围之内。所以需要采取科学的措施来对重型特种车车架进行轻量化处理。提高车架的性能。

在重型特种车车架轻量化问题研究过程中。要对多方面因素进行综合性分析。主要是以下几个方面：

3.1 优化车架截面尺寸

在研究重型特种车车架轻量化问题过程中，首先要对车架结构的尺寸进行分析。设计合理的车架结构尺寸参数。可以达到优化结构的目的。但是只依靠调整车架截面尺寸很难达到真正意义上的轻量化优化设计。所以截面尺寸优化只能作为一项辅助技术。

3.2 优化车架形状

在重型特种车车架形状优化的过程中，需要对车架的结构形式进行必要的技术处理。提高车架各种材料的使用率。保证车架轻量化问题可以有效解决。车架形状的优化过程中，主要是通过分析杆类结构连接结构来达到优化的目的。使用分层优化、统一混合法对杆类结构进行尺寸修改和形状处理。结合分析法和数值法等结构优化方法将优化过程中的复杂问题进行解决。从而达到优化车架形状的目的。为重型特种车车架轻量化作出技术支持。

3.3 车架结构以及重量优化

为了保证重型特种车车架具有更好的轻量化措施，需要对其车架组成结构以及重量进行优化。同时使用最新的设计理念和最科学的技术工艺来进行车架设计。提高重型特种车车架设计和合理性。并且在未来重型特种车车架设计制造过程中，要积极发现新的制造材料和结构设计。降低车架重量，提高车架的强度和刚性。保证达到车架轻量化的目的。

4 结束语

综上所述，我国目前重型特种车的使用率非常高。而且大部分都是用在道路环境或者自然环境较为复杂的位置。所以在重型特种车性能方面，要求其具有较好的灵活性。这就要求重型特种车车架要进行轻量化处理，而且还要保证其具有较好的轻度和刚度。本文通过使用有限元法对重型特种车的车架强度和刚度问题进行研究分析，讨论了其轻量化问题措施。主要是在车架结构、截面尺寸以及车架形状上要进行优化处理。保证重型特种车有更好的使用性能。可以胜任恶劣环境的工作。为我国工业技术的发展作出技术支持。