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車架應(yīng)具有足夠的抗彎強(qiáng)度和抗扭強(qiáng)度，對(duì)于農(nóng)用運(yùn)輸車來(lái)說(shuō)，由于其使用環(huán)境相對(duì)較差，因而這一點(diǎn)顯得特別重要。本文根據(jù)設(shè)計(jì)使用的實(shí)際情況，用ANSYS有限元分析系統(tǒng)對(duì)CMWL2008CD型農(nóng)用運(yùn)輸車的車架進(jìn)行了有限元分析。傳統(tǒng)的車架有限元分析一般將車架簡(jiǎn)化成空間桿系結(jié)構(gòu)，采用空間梁元進(jìn)行計(jì)算。這種方法計(jì)算速度快、需要計(jì)算機(jī)內(nèi)外存資源較少，能較好地反映車架的整體應(yīng)力水平及其分布情況。由于這種計(jì)算模型對(duì)真實(shí)車架結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化和近似處理較多，因而較難反映出車架的應(yīng)力集中以及局部應(yīng)力分布和應(yīng)力水平，難以滿足實(shí)際設(shè)計(jì)分析的要求。
本文首先介紹了CMWL2008CD型農(nóng)用運(yùn)輸車車架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上建立了基于3D板殼元和約束方程的車架有限元計(jì)算模型，這種模型較早期的3D板殼元車架模型，更接近實(shí)際情況。文中介紹了計(jì)算模型的建立方法和處理技術(shù)，并用該模型計(jì)算分析了車架在彎曲工況和彎扭組合工況下的應(yīng)力水平和應(yīng)力分布。鑒于該型農(nóng)用運(yùn)輸車在實(shí)際使用中曾出現(xiàn)過(guò)超載情況，文中還計(jì)算討論了車架在車輛嚴(yán)重超載時(shí)的強(qiáng)度問(wèn)題。最后提出了車架的改進(jìn)設(shè)計(jì)意見(jiàn)和實(shí)際使用中應(yīng)注意的強(qiáng)度問(wèn)題。
CMWL2008CD型農(nóng)用運(yùn)輸車的車架為邊梁式車架。為提高承載能力，在左右縱梁中后部還設(shè)計(jì)有縱梁加強(qiáng)盒。車架結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。左右縱梁為槽形截面，縱梁加強(qiáng)盒截面形狀與縱梁相同。各橫梁截面形狀各異，除了液壓油箱前(后)橫梁壁厚為4 mm外，其他各橫梁壁厚均為5 mm。整個(gè)車架結(jié)構(gòu)在力學(xué)上可視為典型的薄壁結(jié)構(gòu)，大梁板材為B-5.0/16 MnL鋼板。
根據(jù)靜力等效原則，將發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、駕乘人員、變速箱等各部件的質(zhì)量對(duì)車架的作用向其在車架上的作用點(diǎn)(安裝點(diǎn))簡(jiǎn)化為車架上集中載荷;貨廂的質(zhì)量與裝載量之和對(duì)車架的作用按貨廂與車架的實(shí)際接觸面積計(jì)算簡(jiǎn)化為車架上的均布載荷。設(shè)駕乘人員2人，按65 kg/人計(jì)算，忽略車架自重的影響，不考慮發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、變速箱、貨廂等部件的剛度對(duì)整個(gè)車架剛度的貢獻(xiàn)。各部件的質(zhì)量及整車裝載量如表所示。
如忽略輪胎的彈性，則可得車架的載荷與約束示意圖如圖所示。圖中懸架載荷與變形的關(guān)系如表所示，根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可計(jì)算出懸架的剛度。因?yàn)橹挥?jì)算車架的靜強(qiáng)度，所以不考慮懸架的阻尼特性。
根據(jù)對(duì)CMWL2008CD型農(nóng)用運(yùn)輸車車架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析來(lái)看，實(shí)際上由各縱橫梁組成的車架在力學(xué)上是典型的3D板殼結(jié)構(gòu)。因此本文采用4節(jié)點(diǎn)、24個(gè)自由度的3D板殼元來(lái)離散整個(gè)車架結(jié)構(gòu)，采用約束方程來(lái)模擬縱橫梁的鉚接關(guān)系，采用2節(jié)點(diǎn)、12個(gè)自由度的3D連接元來(lái)處理前板簧和后懸架的主副板簧。這是目前較先進(jìn)的計(jì)算模型和處理
車架縱橫梁連接處的局部放大網(wǎng)格劃分如圖所示。圖中縱橫梁的幾何關(guān)系描述準(zhǔn)確，但鉚接的約束關(guān)系沒(méi)有直接表示出來(lái)，在計(jì)算時(shí)通過(guò)約束方程來(lái)實(shí)現(xiàn)。車架節(jié)點(diǎn)總數(shù)為10816，結(jié)構(gòu)自由度總數(shù)為64896。
車輛滿載(滿員)，四個(gè)車輪中三個(gè)車輪處于同一平面位置不變，而另一個(gè)車輪向上抬高60mm。此時(shí)車架處于彎扭組合變形之中。計(jì)算中將右前輪向上抬高60mm，而其他三個(gè)車輪保持原同平面位置不變。
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