基于有限元分析的铝合金半挂车车架的结构设计探究

张元鹏

摘 要：基于有限元分析的铝合金半挂车车架结构设计，车架为梯形非全承载式结构，在对结构设计进行完善的过程中，可通过有限元仿真以及车辆满载模拟的方式，对弯曲、扭转、加速、转弯、制动等工况状态进行检验与分析，在对结构强度进行优化的基础上，可实现铝合金半挂车车架结构设计的实际应用效果提升。在对铝合金半挂车车架的结构设计进行优化的基础上，可对车架强度、刚度等方面进行优化设计，从而达到轻量化设计的目的。

关键词：有限元分析;铝合金;半挂车车架;结构设计

引言：

基于有限元分析法的应用，对铝合金半挂车车架的实际应用效果提升方面有积极作用。车架轻量化的结构设计需要充分考虑其强度以及刚度，目前，钢制半挂车车架纵梁、横梁等大多是采用高强钢板冲压、折弯成型后，对其进行焊接。通过合理的铝合金半挂车车架结构设计，可实现挂车的轻量化设计。

1铝合金半挂车车架的结构设计优化的意义

铝合金半挂车车架的受力相对比较复杂，车辆静止的状态下，支承装置与行走系统的支撑下，承受上装以及载荷的重力，会引起纵梁的弯曲以及局部扭转。例如，路面不平，车架会出现整体扭转的情况。车辆行驶的过程中，载荷以及上装自重以牵引力、转向力、制动力等部件的载荷变化存在一定的差异性。基于此，通过有限元对铝合金半挂车车架的结构设计进行分析，可对弯曲、扭转、转弯、制动等工况进行调整，并通過结构强度优化，实现铝合金半挂车车架的结构设计效果提升。

2结构设计

铝合金半挂车车架设计应参考钢制车架结构，并在强度原则的基础上，最大程度对铝合金半挂车车架进行减重。本次铝合金半挂车车架是以空气弹簧悬架系统为备注，纵梁为平直结构，其中包含纵梁、牵引板等。

铝合金半挂车车架是以传统的梯形非全承载结构为主，通过铆接以及螺接的方式进行连接。纵梁焊接是通过纵梁与前下翼加强版进行焊接，材料方面选择抗拉强度在310MPa以上的6082-T6铝合金，纵梁为400mm高的工字梁挤压型材进行加工，避免出现应力集中的情况。在进行计算与分析中，可确定厚度以及宽度，并对抗弯、抗扭等方面进行控制，满足铝合金半挂车车架轻量化设计需求。主横梁则是通过工字型主横梁以及两端C型连接板进行焊接，通过镀锌短尾拉铆钉与纵梁腹板进行连接，提高其抗震性以及疲劳特性。从牵引板组件的角度进行分析，通过50#牵引销连接，冰通过牵引板与支架的连接，对牵引板组件进行搭建。牵引板可利用t8/Q345B钢板进行制作，为了达到减重的目的，可对钢板进行折弯处理，其强度满足实际的施工控制需求，具体的方案如下：

3有限元分析

3.1强度分析

在对铝合金半挂车车架结构进行有限元分析的过程中，按照GBT6892-2006进行设计，其材料属性如下：

在对铝合金半挂车车架的强度进行分析中，可对边界约束状态进行检验与分析，在进行模拟与分析中，可通过x、y、z的平动自由度，对钢板的x、z向平动自由度进行控制。为了模拟铝合金半挂车车架的实际应用过程中的受力状态，可对弯曲、扭转、转向、制动等工况下的应力应变状态进行检验与分析，满载质量为40t，弯曲工况状态下，车辆的动载系数垂向1.5倍。车辆满载条件下，可通过减速制动进行调整与控制。

3.2结果分析

分析铝合金半挂车车架的结构设计，在平整路面上的静止或者匀速行驶状态下，可对铝合金半挂车车架的负载、自重情况的应力分布继续拧控制。在对等效应力进行检验与分析中，最大等效应力为160MPa，后部右前轮的悬架钢板位置与纵梁搭接有直接关系，其整体应力相对比较低，最大的形变为13.5mm。铝合金半挂车车架的牵引支架最大应力可以达到258.5MPa，其位置为牵引板组件的铝型材料。从铝合金半挂车车架扭转工况的角度进行分析，轮胎悬空的状态下，车架结构需要考虑后部右前轮悬空工况，最大的盈利为260MPa，后部右前轮位置，悬架钢板位置与纵梁的搭接位置，最大形变为26mm，牵引板铝支架结构在实际应用中，最大等效应力为276MPa。从转向工况的角度进行分析，铝合金半挂车车架结构是左右对称，在对等效应力进行分析中，最大等效应力为267MPa，在利用螺栓的基础上，会出现应力集中的情况，最大形变量可达到38.7mm。牵引板铝支架也会出现局部应力集中的情况，结构最大应力会超过材料本身的屈服强度。从制动工况的角度进行分析，铝合金半挂车车架在实际运行的过程中，最大等效应力为100MPa，牵引板与纵梁的螺栓连接位置，屈服强度小于260MPa，整体的结构性能基本满足铝合金半挂车车架的结构设计需求，最大形变为8.49mm，支架结构的最大等效应力为230MPa，其可应用于铝合金半挂车车架的结构设计中。在车辆行驶的状态下，铝合金半挂车车架的整体结构承载力会发生变化，所以，在进行有限元分析的基础上，可通过铝合金半挂车车架的实际应用，可弥补结构的应力问题。

4结束语

综上所述，铝合金半挂车车架结构设计，对车架结构进行优化的基础上，可对铝合金半挂车车架的制动、转矩、轻量化设计等方面进行完善。在实际运行与控制的过程中，铝合金半挂车车架的等效应力与位移变化在可控范围内，可通过铝合金半挂车车架的抗击动载荷控制与优化，在进行过渡设计的基础上，可实现铝合金半挂车车架结构设计的实际应用效果提升。

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