APP下载

铝合金厢式半挂车有限元分析

2021-03-04张德伟刘瑞萍王东辉

热处理技术与装备 2021年1期
关键词:厢体厢式侧墙

祝 哮,李 冰,徐 鑫,张德伟,刘瑞萍,王东辉

(辽宁忠旺集团有限公司,辽宁 辽阳 111003)

在中国经济飞速发展,道路运输日趋发达的背景下,特种车辆在汽车工业中占据着重要位置。厢式半挂车是特种车行业内相对常见的车型[1]。目前市场上的半挂车多以钢制为主,为响应国家节能减排、绿色出行的方针政策,半挂车轻量化刻不容缓。铝合金因其密度低、比强度高、加工性能优及出众的环保性能等被广泛应用到半挂车的制造中去[2]。

半挂车结构复杂,载货种类繁多,运行的道路多样,导致厢式挂车所受载荷复杂,因此车体结构需要具有足够的强度和刚度以抵抗破坏和变形。

本文采用有限元法对半挂车车架强度进行计算,并依据JT/T 389—2010标准分析厢体刚度,保证半挂车可靠运行的同时,实现结构的轻量化。

1 有限元模型的建立

厢式半挂车车架采用主纵梁结构,两根纵梁及横梁均为“工字型”挤压型材,厢体框架及厢板为组合模挤压型材。材料均为Al-Mg-Si合金。主要采用焊接和螺接的方式进行连接。建模过程中,在不影响力学特性的前提下,对结构的细小特征、非承载的附属部件进行简化[3],有限元模型如图1所示。

图1 厢式半挂车有限元模型

2 车架强度仿真模拟

考虑厢式半挂车的实际服役状况的不同,在不同工况时,完成车架及厢体的装配,对带厢体结构的半挂车进行分析。厢式半挂车的额定载重为30 t,将载荷施加于厢体内。

2.1 弯曲工况

弯曲工况主要考虑半挂车在路面静止或以恒定速度行驶在路面上时,车体的受力及变形情况。当路面不平整而颠簸时,在车体满载的情况下,加载2 G的加速度,以保证结构的安全系数。

车架结构的应力云图,如图2所示。

图2 水平弯曲工况应力云图

可以看出,车架最大应力为183.2 MPa,位于纵梁处。低于材料(6082-T6)屈服极限,车架结构满足使用要求。

2.2 扭转工况

当半挂车在行驶过程中时,车架受到非对称载荷的作用,产生静态扭矩,即出现扭转工况,此时,半挂车车架发生扭转后将产生应力及变形[4-5],可用来评价车架结构的可靠性。而扭转工况是车身结构可靠性分析中较严苛的一种工况。

通过仿真运算,车架最大应力出现在车架与悬架的连接位置,应力值为241.4 MPa,且低于材料的屈服强度。因此,车架具有较好的使用可靠性。计算云图如图3所示。

图3 扭转工况应力云图

3 厢体刚度仿真模拟

由于厢式半挂车载货的多样性及路况的不确定性,厢体结构需具有足够的刚度来抵抗变形,以保证不影响其使用功能。根据JT/T 389—2010要求对前墙和侧墙进行载荷施加,要求载荷卸载后部件的残余变形不大于12 mm。

3.1 前墙刚度

半挂车在遇到紧急制动等工况时,厢体内的货物会对前墙产生较大的冲击。根据标准要求,对前墙施加0.4×额定载重的载荷,以压强的形式加载。仿真分析结果云图如图4所示。

(a)加载;(b)卸载

由图可知,在前墙施加载荷时变形为89.3 mm。卸载后,前墙的残余变形为8.6 mm,小于目标值12 mm。满足法规要求,表明厢体前墙具有足够的刚度可抵抗变形。

3.2 侧墙刚度

满载的半挂车在发生转向工况时,厢体内的货物会对侧墙产生冲击作用。根据标准要求,对侧墙施加0.3×额定载重的载荷,然后卸载。加载和卸载位移云图如图5所示。

由图可知,加载载荷时变形为86.2 mm。卸载后,侧墙的残余变形为9.6 mm,小于目标值12 mm。满足法规要求,表明厢体具有足够的刚度。

4 结论

通过对厢式半挂车车架强度和厢体刚度的分析,结论如下:

1)水平弯曲和扭转工况下,车架的最大应力均低于材料的屈服强度(安全系数取2),满足材料的强度要求。

(a)加载;(b)卸载

2)厢体前墙和侧墙施加法规规定的载荷后,永久变形满足法规JT/T 389—2010要求。厢体具有足够的刚度抵抗变形能力。

综上,厢式半挂车在强度和刚度方面满足30 t载荷的设计要求,从而保证半挂车的可靠使用。

猜你喜欢

厢体厢式侧墙
温度荷载下剑麻纤维-ECC地下侧墙抗裂性能
预应力钢棒在桥台侧墙加固中的应用
正式发布“中集灯塔”品牌,国内厢式半挂车进入高质量发展新阶段
“交换厢体”:秒变移动展示、配送、移动办公等平台,国内首创
小孔间距布局对厢体气膜减阻效果的影响*
地铁站侧墙钢筋混凝土结构保护层厚度控制
城轨不锈钢车辆鼓型侧墙弧焊工艺研究
小孔直径对厢体表面气膜减阻效果的影响研究∗
让厢式旅行车更酷?
1~10月,厢式半挂运输车销量同比下滑57.7%