电动轮自卸车车厢强度有限元分析

0 引言

电动轮自卸车通常自重达到150吨以上，仅其车厢的自重就接近20吨，而当其装满超过100吨的货物在坑洼路面行驶时，车厢的静动态强度是保证车辆正常作业的重要指标。

由于矿用特种工程车辆结构复杂、整车质量大并且载荷重、行驶道路特殊，国际上对其整车的动、静力学和模态分析，不可能像公路车辆一样通过实验室实验装置如道路振动实验台来模拟车辆运动和载荷，获得实验数据为动、静力学分析提供可靠的数据。到目前为止，世界上只有极少数先进的制造厂商如美国的小松德莱赛通过建立专门的实验场来获取实验数据，通过实验分析验证。长期以来，国内制造厂则主要用经典弹性力学理论进行部件的局部静应力分析和强度校核，整车的强度校核，主要通过车在矿山实际使用来检验设计，这样成本高，时间长，风险大。从20世纪80年代末开始，国内公司等率先与大专院校合作，开展大型矿用特种工程车辆的静力学分析计算，并在矿山做了一些应力测试，由于受当时计算力学和计算机水平的限制，当时的研究工作只做了车架的静力学研究，尽管这样，但收到了显著效果，推动了我国大型电动轮自卸车的发展。湖南湘电集团湘电重型装备股份有限公司研制的、我国第一台拥有自主知识产权的220吨交流传动电动轮自卸车，于2008年10月下线，主要用于大型露天矿山、水利、工地的运输，该车按照国际标准制定整车技术条件和技术规范，采用康明斯第三代电控发动机和GE交流传动系统等配置，设计载重量为220t，具有承载量大，效率高，操纵灵活，运营成本低的特点。

从普遍情况来看，我区现用的水果包装方式都是用发泡网或者纸箱来包装水果，水果的包装形式还是比较单一的，而且用纸箱包装档次也比较低。这种发泡网的使用，虽然看似能在一定程度上提高包装的档次，但实际上却是中看不中用。因为从整体上来看水果的包装规格、尺寸以及包装上打眼的位置和形状都是五花八门的，所以自然而然造成质量参差不齐，出现了“一流产品、二流包装、三流价格”的现象，从而也使水果的销售大打折扣。

目前国内矿用特种工程车辆制造厂主要采用计算机进行大型结构件的有限元静力计算，由于大型电动轮自卸车结构和行驶道路等特殊性，其整车静力学和动力学计算分析有如下的特点：结构形状复杂，如何建立与实际情况一致又能满足计算分析精度的有限元模型是关系到分析结果准确性重要问题；由于车架与后桥、前后悬挂以及后桥与车架的转向和牵引的连接在运动中有刚体运动，如何建立这些连接部件之间的约束是计算分析的关键问题；大型电动轮自卸车行驶工况复杂，计算工况载荷十分复杂；在有限元分析中，由于车上有许多附件，这些附件的等效质量的处理直接影响有限元计算的准确性；大型电动轮自卸车结构复杂、尺寸大形状复杂，其有限元模型单元巨大(单元几十万)，而有限元计算量与计算载荷步成正比，准确简化模型和合理选择动载荷对有限元分析非常重要。

1 有限元分析

本文采用Hyperworks软件平台进行强度分析，其集成的Optistruct求解器是业界公认的功能最强的结构分析及优化求解器，可用来分析静态和动态载荷条件下的线性和非线性结构问题。作为结构设计和优化的市场领导者，OptiStruct帮助设计者和工程师分析和优化结构的应力、耐久性和NVH(噪声、振动和舒适度)的特性并快速研发创新、轻量化的高效的结构设计。

2.1.2 新梢直径 在4月10日至6月7日，桑树新梢直径生长量有9次生长高峰，经过较快、快、慢、快、慢、最快、快、较慢的过程，直径从5.4 mm增至12.4 mm，增长1.30倍；新梢直径日生长量有6次生长高峰，日生长量为0.02～0.27 mm(图2)。从表1看出，桑树新梢直径的生长量和日生长量变化与时间变化形成二次回归方程曲线的相关系数大于直线回归方程的，回归方程曲线符合二次曲线规律。新梢直径的生长量和日生长量变化与时间变化间的相关性分别呈高度正相关和正相关，其显著性分别呈极显著和不显著水平。

基于有限单元和多体动力方法，OptiStruct具有一流的结构分析和优化技术。相比于传统的求解器，线性、非线性和模态分析问题的求解算法效率很高。因为具有智能内存管理技术，OptiStruct能够轻松模拟具有数百万自由度的结构，对模型尺寸没有限制。

OptiStruct的标准特性，即拥有自动化多级子结构特征值求解器(AMSES)可以在不到一小时计算出百万自由度模型的成千上万阶模态。

同时转向工况时车架上的离心力主要靠拉杆的拉力来平衡，故对拉杆作用作如下等效：把拉杆截断，在两个端面上加载同样大小的力。

OptiStruct的优化技术是世界上最强的。使用最先进的优化算法，OptiStruct可以在很短的时间内解决最复杂的具有成千上万的设计变量的优化问题，其先进的优化引擎允许用户结合拓扑结构、形貌、尺寸和形状优化方法来创建更多更好的设计方案，引导合理和轻量化的结构设计。

通过螺栓的预紧、gasket单元和有效的接触算法，OptiStruct能够进行动力系统耐久性分析。gasket单元非常强健，不需要使用其他软件做一些附加的工作。

除需加上惯性加速度外，仅斗销处受力与满载静止时略有不同，必须加上车厢及货物由于制动惯性力产生的作用。此工况下，行驶方向加速度取：1.39 m/s

；垂直加速度取：1.2×9.8=11.76 m/s

。

(2) 虽然不同生物炭添加比例的土壤样品水分总蒸发量相差不大，但随生物炭添加量的增大，土壤吸水量及连续蒸发12天后的含水量亦增大。

OptiStruct具有最先进的求解器技术，这对于高效的整车噪声和振动分析是必不可少的。它是市场上最快的NVH分析求解器，提供了独一无二的先进功能，包括一步TPA(传递路径分析)分析、AMSES、模型减缩技术、设计灵敏度和ERP(等效辐射功率)响应，这使它能够很容易的优化结构的NVH性能。

大型电动轮自卸车是集机、电、液为一体的高技术综合产品，当今，国际上其主要生产国仍然主要集中在美、日等先进工业发达国家，其产品代表了当今国际大型电动轮自卸车的最高技术水平。随着国内市场的不断扩大，国产大型电动轮自卸车与美、日等先进工业发达国家车之间的竞争更加激烈。为了适应市场的需要，增加与外国产品的竞争力，满足用户对电动轮自卸车的性能和可靠性提出的更高要求，有必要对电动轮自卸车进行改进设计，建立正向设计能力。为了全面掌握改进后某型电动轮自卸车整车动应力和静应力状态、动力学性能以及是否满足静强度、动强度和疲劳强度的要求，对整车结构参数优化设计提供基本数据和理论依据，本文进行了四种工况下的车厢强度有限元分析。

由于模型中并未有货物以及左、中、右甲板等部分，但他们的自重对整车的车厢的作用均不可忽略，且都是通过直接和车厢接触来传递，故将其转化为相应的等效集中质量加到车厢相应的加载位置上，为避免加集中载荷引起过多的应力集中，故仍然加均布载荷。

(1)满载静止工况

1.1 几何结构简化

(2)满载制动工况

1.2 网格模型建立

结合车厢整体尺寸，由于车厢板材主体尺寸远大于厚度方向尺寸，故在有限元软件Optistruct中决定采用壳单元PShell 对车厢板结构进行离散。车厢所受主要载荷为散粒堆装货物，结合相关标准对散粒货物进行建模，选用Pmass质量单元对其进行离散(100吨)。货物与车厢在自卸车正常工作过程中保持相对静止状态，即可以认为货物与车厢没有相对位移，故可以通过耦合质量单元与车厢节点，将货物重力传递到车厢上去；车厢板材通过焊接方式连接，假设焊接处焊缝的性能与母材一样。另外，橡胶垫用Psolid实体单元进行结构离散。如图2所示。最终得到的单元数目为134098，节点数目为143690。

首先，患者预约服务管理进一步精细化。如今，患者可以在诊间预约复诊、预约检查。目前，医院已经实现超声检查现场出报告；检查结果无需打印，患者直接在网络、APP上查询。

1.3 载荷约束条件

电动轮自卸车满载静止工况是对整体结构的基本要求；另外，由于满载电动轮自卸车在行驶的过程中不可避免地有转弯和刹车过程，故需对离心惯性力和制动惯性力进行考虑。离心惯性力按加速度 0.3g(2.94 m/s

)进行核算；制动惯性力按加速度 1.39m/s

(30km/h 的初速度在 25 米内制动)进行核算。故利用惯性释放法，将各加速度沿着既定方向进行施加，同时将车厢底部的部分节点进行全约束，如图3所示。综合考虑自卸车在实际中的典型工况，本分析中针对以下四种典型工况对电动轮自卸车强度进行核算：

目前，跟国家老龄化研究所其他领域的资助相比，申请阿尔茨海默病的研究资助要容易得多：对于2018年阿尔茨海默病的研究资助申请，经过同行评审，排名在前28%的申请都得到了资助；对于非阿尔茨海默病的研究资助申请，只有排名前19%的申请才能得到资助。霍德斯说：“不过，消息传开后，过去几年中针对阿尔茨海默病研究的高质量申请有了大幅增加，因此，争取资助的竞争仍然很激烈。”

模型中的非线性部分模拟，模型中的非线性主要是指车厢底部橡胶刚度的非线性，这里统一将其刚度视为线性的，并只取垂向刚度，用车厢底部橡胶的弹性模量来等效。

此种工况时只需等效各部件的自重，该工况为自卸车静止或处于匀速行驶状态，该工况下车厢所受载荷为“载重”与“车厢自重”之和，取惯性加速度为 9.8 m/s

，方向向下。

电动轮自卸车车厢模型如图1所示，由于车厢几何模型的工艺孔、吊耳孔、螺纹孔等不影响有限元仿真计算的结果，故在进行几何清理的时候直接忽略掉这些工艺特征。且车厢钢板材料参数为，弹性模量：2.06×10

Pa，泊松比：0.3，屈服强度：460MPa，密度：7800Kg/m

。

OptiStruct高度差异化的特点在于它的求解速度、准确性和稳定性。求解器的诊断功能提供了无与伦比的模型调试能力，进一步准确模拟设计模型。

(3)满载转弯工况

此工况下，考虑侧向离心力作用，取侧向加速度为：0.3×9.8 =2.94 m/s

；垂直加速度取：2×9.8=19.6 m/s

。

(4)满载转弯制动工况

此工况等效重力作用到车厢上仍然用静止满载的方法，但此时由于惯性力和离心力的共同作用，货物对车厢产生的作用发生了变化，左右纵梁上的载荷可能发生偏载，故在静止满载计算的基础上除了加上惯性加速度和离心加速度外，仍需重新计算纵梁橡胶处受力，而其他等效重力可沿用以上静止满载工况的结果。

第一，专业化优势。专业化优势主要体现在其服务的精准化、个性化，平台以海量数据作为养老需求分析的依据，再通过对智慧养老服务过程中不断反馈回来的服务数据的动态监测，实时更新和完善服务需求信息，优化配置服务需求供给，需求得到及时回应，使得智慧养老服务受益群体产生积极的服务体验。以服务需求提供者的专业化服务，打造服务对象心中的专业化服务形象。此外，通过提高服务提供者(第三方)的专业准入门槛，采用服务准入的专业化评估、专业服务水平考核的方式，不断地提高智慧养老服务平台的专业化水平。

由于自卸车转向时主要靠车架纵梁上橡胶垫处摩擦力以及斗销处作用力来平衡车厢及货物离心力，而车架一侧的挡板仅限制车厢的摆动，故此力可以忽略。根据力及力矩的平衡可以计算三个方向的加速度，取侧向加速度为：0.3×9.8 =2.94 m/s

；行驶方向加速度取：1.39 m/s

；垂直加速度取：垂直加速度取：2×9.8=19.6 m/s

。

1978年以来，中国农药出口到世界各地，影响力越来越强，如在东南亚、非洲等国家和地区使用量越来越多，也有越来越多的国内农药企业凭借成本及质量优势融入全球市场，以原药或中间体的形式切入国际农药巨头的供应链。还有一些乡镇、民营企业也加入到出口的行列，广泛参与全球竞争。更多企业融入全球经济快速发展的大环境中，这无疑是改革开放的功劳。

2 结果分析

2.1 满载静止

通过Optistruct求解器进行有限元计算，可得到电动轮自卸车车厢的应力云图如图4所示，该工况下的最大应力为43.8MPa，远远小于材料的屈服强度，安全系数为10.50，出现在第一横梁和右纵梁的交界处；同时车厢前板与顶部板件连接支架位置附近也出现了高应力水平区域，说明重物重力传递到车厢前部。

(2)复合缓蚀阻垢剂的最优配比实验。在总质量浓度240 mg/L不变的条件下进行最优配比实验，缓蚀剂和阻垢剂质量浓度见表3。在60℃、常压条件下对不同配比的复合缓蚀阻垢剂的性能进行测试。

2.2 满载制动

改变载荷条件，施加前进方向的制动加速度，最终得到的电动轮自卸车车厢应力云图如图5所示，应力最大位置和满载静止工况的相近，且最大应力为46.6MPa，安全系数为9.87。

2.3 满载转弯

根据满载转弯的工况特点，施加侧向加速度和垂向加速度，然后提交Optistruct进行求解计算，最终得到的车厢应力云图如图6所示，最大应力为110.4MPa，出现在右纵梁和第一横梁交界位置，安全系数达到4.16；而。

2.4 满载转弯制动

该工况下车辆会承受侧向方向、竖直方向和行驶方向三个方向的加速度，故同样利用惯性释放法将三个加速度施加与车厢有限元模型中，最后计算得到的应力云图如图7所示，最大应力为116.4MPa，最大应力位置出现在右纵梁和第一横梁交界位置，安全系数为3.95。

3 结论

本文首先对电动轮自卸车车厢几何模型进行了简化处理，忽略掉不影响计算结果的工艺孔等几何特征，然后建立了车厢有限元模型，分析了满载静止工况、满载制动工况、满载转弯工况和满载转弯制动工况下的应力分布情况并进行了强度校核，最终电动轮自卸车车厢的安全系数在四种工况下分别为10.50、9.87、4.16、3.95，满足设计要求和使用要求。

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