重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究

鞠冬梅

摘 要：市场经济体制的深入改革，对重型特种车组成结构合理性及功能特性可靠性提出了更高的要求，需要技术人员具体的生产制造中加强对重型特种车各结构抗压性的综合评估，优化其长期使用中的服务功能。结合当前这种车的实际应用概况，可知其车架强度高低影响着实际的工作效率，需要采取必要的技术措施提高增强车架性能可靠性。基于此，本文将对重型特种车车架强度进行必要地分析，并从不同的方面研究其轻量化问题。

关键词：重型特种车；车架强度；轻量化问题；服务功能

加强重型特种车车架强度分析，采取必要的措施处理其轻量化问题，有利于优化该特种车车架推广使用中的工作性能，保持重型特种车实际工作的高效性，延长其使用寿命。因此，需要运用科学的分析方法，对重型特种车车架强度进行深入地分析，灵活运用各种技术措施提高其车架强度，最大限度地满足实际生产活动的各种需求。同时，提高该特种车车架轻量化问题处理效率，将会提升车架实际应用中的服务水平。

1 重型特种车车架实例分析

某重型特种车长期使用中受到了各种客观存在因素的影响，致使其整体的抗压强度逐渐下降，致使车架的工作性能难以达到实际生产作业的各种需求，降低了重型特种车工作性能。同时，由于该特种车车架过于沉重，实际应用中存在着移动困难的问题，影响了相关构件的工作效率，需要采取可靠的技术措施实现车架轻量化。因此，需要对重型特种车车架强度进行必要地分析，深入研究其轻量化问题。

2 重型特种车车架强度分析

2.1 有限元基本思想

有限元法使用时主要是将分析对象的整体结构按照一定的方式划分为多个有限元微小单元体，并通过节点将相邻的单元进行连接的方法。这些单元体共同组成的集合可替代原有的结构实体，实现分析对象连续体的离散化。以节点基本未知数为分类标准，可将有限元方法分为应力法、混合法及位移法。有限元法分析过程中的主要步骤包括：（1）整体结构进行离散化处理；（2）选择可靠的位移模式；（3）注重各单元力学特性的有效分析；（4）对等效节点力进行科学计算；（5）通过对所有单元刚度方程的设置，建立反映连续体结构的平衡方程；（6）对单元应力及未知节点位移进行科学计算。

2.2 车架强度有限元分析中板壳单元分析

由于重型特种车的很多构件采用了薄壁梁，其厚度、截面尺寸远小于构件长度，因此可将车架各组成构件看做多个板壳组合形成，利用板壳单元建立可靠的有限元计算模型，有效地分析车架强度。具体表现在：（1）板壳有限元分析中应注重平板单元组成的折板系统的合理运用，实现对车架各组成构件应力状态分析，得出车架在不同应力状态下抗压强度分析结果；（2）直接采用曲面单元。通过对壳体理论的合理运用，建立可靠的单元刚度矩阵，实现对车架刚度的全面评估，对其中构件接头连接形式、复杂纵横梁性能进行深入分析，得出重型特种车车架刚度的实际状况。某重型特种车拓扑优化前后车架最大应力如表1所示。

2.3 车架强度有限元分析中其它单元分析

结合重型特种车车架组成结构，可知某些构件的几何形状的特殊性限制了梁单元模拟与板壳模拟，需要采取其它的方法进行深入地分析。车架强度有限元分析中其它单元分析时需要从这些方面入手：（1）用梁单元模拟轴进行模拟分析，径向力传递中可通过杆单元传递轴与轴承连接的方式进行表示；（2）选取一定量的杆单元，充分考虑其平动自由度，确保车架强度分析中模拟轴梁单元能够表达出自身的轴向自由转动形式，加强对这些量抗压强度的深入分析，从而为车架强度分析提供必要的参考依据。

3 重型特种车车架轻量化问题研究

通过对车架剛度的有效分析，可知重型特种车车架轻量化问题的有效处理，可以实现车架改进，将车架自重力控制在合理的范围内。因此，需要采取必要的措施处理车架轻量化问题，优化车架的服务功能。

注重重型特种车车架轻量化问题研究，需要从这些方面入手：（1）优化车架截面尺寸。通过对车架结构尺寸的修改，设置合理的结构尺寸参数，可以实现车架结构优化。但是，由于这种方法很难达到真正意义上的最优设计，难以真正地达到车架轻量化问题处理要求；（2）优化车架形状。在车架形状优化的过程中需要对其结构性能进行必要地改善，提高各种材料利用率，促使车架轻量化问题能够得到有效地解决。车架形状优化过程中需要考虑杆件类结构与连续体结构，采用分层优化、统一混合法对杆件类结构进行尺寸变量与形状变量处理，结合解析法、数值法等结构优化方法得以复杂结构问题进行处理，实现车架形状优化，为车架轻量化问题处理提供必要的参考依据；（3）车架结构及重量优化。为了实现重型特种车车架轻量化，需要注重车架组成结构优化设计，运用先进的设计理念及设计方法，增强其结构设计合理性。与此同时，未来特种车车架轻量化问题研究中应注重新型材料的积极寻找，通过对新型材料的有效使用，逐渐降低车辆重量，实现车架轻量化。

4 结束语

综上所述，注重重型特种车车江强度的有效分析与严格把控，加强其轻量化问题处理，有利于增强车架的性能可靠性，优化重型特种车的组成结构，为其实际应用范围的扩大打下坚实的基础。因此，未来重型特种车车架设计与制造过程中应充分地考虑其抗压性能，运用各种可靠的专业技术措施提高其整体的强度，实现轻量化车架生产目标。

参考文献

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[2] 柏林.重型载货汽车车架有限元分析及拓扑优化[D].合肥工业大学，2010

[3] 郝新春.某重型载货车车架设计分析与轻量化研究[D].吉林大学，2014