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大型矿用自卸车车架结构有限元建模研究当今的社会，矿山工业的发展越来越快，需要大量的设备来满足需求，其中，大型矿用自卸车是矿山机械设备中重要的一环。
因为它的重量超过了25t，是一种特殊的大型车辆，其车架结构的设计涉及到多方面的知识。
基于传统的力学传统方法，可能不能满足实际应用的需要，有必要引入有限元方法来分析车架结构的安全性能。
本研究通过有限元建模来研究大型矿用自卸车车架结构在不同载荷作用下的安全性能。
首先，我们对车架结构的几何造型进行了建立，其中包括总架、车架、悬挂架、轮架和叶片等零部件组成。
建模时，按照实际材料性能，采用有限元有限元建模软件建立各个零部件的有限元模型。
具体过程中，把车架视作梁状结构，把悬挂架、轮架和叶片看作是框状结构，考虑到材料的应力应变特性，根据材料的结构特性，确定各个零部件的有限元分析单元，并按照分析要求建立仿真模型，保证模型的准确性。
然后，通过有限元模拟，来分析车架结构在不同载荷作用下的安全性能。
考虑到实际情况，根据设计图纸，采用定点拉伸和局部拉伸的方法，以及不同的载荷类型，模拟不同的载荷作用，如车辆质量、悬挂行程拉力等，以便更好的反映车架的安全性能。
最后，我们分析和分析了不同载荷作用下车架结构的变形和应力状态，得出车架结构的安全性能水平。
通过仿真发现，在考虑到载荷方向，载荷大小，载荷时间等元素的影响，车架结构运行时具有较高的稳定性。
总之，本研究通过有限元建模，得出了大型矿用自卸车车架结构安全性能的结论，为设计这类结构提供了有效参考。
本研究仍存在一些不足之处，未来可以深入研究车架结构的材料性能，探讨不同类型的载荷作用下的结构变形和应力，以及载荷条件下的结构稳定性分析，更充分的反映大型矿用自卸车结构的安全性能。
总之，本研究利用有限元方法对大型矿用自卸车车架结构的安全性能进行了研究，并得出了有效的结论，为大型矿用自卸车结构的设计提供参考。
基于HyperWorks的重型自卸汽车车架有限元分析和改进设计0 引言车架的结构和所承受的载荷十分复杂，概括起来，主要包括纵向弯曲、扭转、横向弯曲、水平菱形扭转以及它们的组合，因此车架的刚度和强度计算只有采用有限元法才能得到满意的结果, 基于有限元法的车架计算，应首先根据车架结构，建立实体模型；然后对实体模型进行网格划分，建立车架的有限元计算模型，确定载荷和约束条件；计算车架的刚度、强度、振动模态等关键性能指标；分析计算结果，将其与设计要求对比，确定是否符合要求；最后将方案进行对比并确定最终设计方案。
ALTAIR公司HyperWorks7.0是一款功能强大的有限元分析软件，在进行有限元分析的同时，能对结构进行优化,首先利用Pro/Engineer软件对车架进行了三维实体参数化建模，并将模型导入HyperWorks软件中进行边界条件设定、加载、网格划分、计算及后处理,具体流程参见图1。
某重型自卸汽车车架在使用过程中发现，纵梁上与第四横梁连接附近产生裂纹，最终导致纵梁断裂的严重后果，初步分析认为该区域应力过大所致。
本文中针对该纵梁断裂问题，对车架结构的# 种设计方案分别进行有限元分析! 分析车架在纯弯、弯扭组合、侧向转弯、紧急制动、卸载时油缸举升等工况下的应力状况，精细分析了第四横梁附近纵梁下翼面6个螺栓孔附近的应力状况。
结合各工况分析结果，对该车车架进行合理评价，并提出改进方案，解决纵梁断裂问题。
1 车架的有限元模型由于该车架结构主要是板材结构，因此模型化时主要采用薄板单元，所有焊接、铆接、螺栓连接用刚性单元和梁单元模拟，车架悬置板簧则用弹簧元模拟。
车架有限元模型如图2所示。
原方案第四横梁处有限元模型如图3所示。
划分后车架的单元数量为385469,PIII/256M以上微机在3h内可以完成1个工况的解算工作。
新方案改为采用第四横梁与纵梁腹板连接，横梁形状设计以下4种方案以供分析比较，如图4所示。
2 载荷与工况该车架主要结构都采用优质碳素钢，材料弹性模量E为208GPa，泊松比u为0.3，密度为7.84x10*-6kg/mm3。
汽车底盘车架设计中的有限元分析技术应用对于汽车制造商和设计师来说，设计一款坚固、耐用且安全的底盘车架是至关重要的。
在现代汽车设计过程中，有限元分析技术（Finite Element Analysis, FEA）被广泛应用于底盘车架设计中，以保证其结构的可靠性和性能。
本文将探讨有限元分析技术在汽车底盘车架设计中的应用，并介绍其在结构优化、材料选择和碰撞安全等方面的重要作用。
有限元分析技术是一种计算求解结构力学问题的数值分析方法，通过将底盘车架分割成有限个小单元（有限元），借助计算机进行离散化求解，从而得到车架在外力作用下的应力、应变、位移等力学响应。
这一计算模型可以准确描述车架的力学特性，并预测其结构行为。
首先，有限元分析技术在汽车底盘车架设计中的应用之一是结构优化。
通过对车架的有限元模型进行各种负载条件和约束条件的分析，设计师可以确定哪些局部区域受到最大的应力，从而确定哪些地方需要加强或重新设计。
例如，在汽车底盘车架的连接点和受力集中的区域，可以使用有限元分析来评估应力分布情况，以确保其强度和刚度满足设计要求。
此外，有限元分析还可以帮助设计师优化车架的减重设计，在保证结构安全性和刚度的前提下最大限度地降低车重，提高燃油经济性。
其次，有限元分析技术在材料选择方面也发挥着重要作用。
通过在有限元模型中引入不同材料的特性参数，设计师可以比较不同材料组合的效果，选取最佳材料以满足设计要求。
例如，比较不同材料的强度、刚度、耐腐蚀性等特性，以在保证结构安全性的前提下选择最轻最强的材料。
这种材料选择的优化可以有效地提高整个车架的性能，并且在节约成本的同时提高车辆的可靠性和可维护性。
最后，有限元分析技术在碰撞安全方面也具有重要意义。
通过对车架在碰撞事故时的有限元分析，设计师可以模拟和预测车辆受到冲击后的结构变形、应力分布和吸能能力等。
这对于汽车碰撞安全的设计和评估非常重要。
通过有限元分析的结果，设计师可以根据不同碰撞力的作用方式，合理设计车架吸能结构，以保护车辆内部乘客的安全。
摘要汽车车架是整个汽车的基体，是汽车设计中一个重要的环节。
车架支撑着发动机离合器、变速器、转向器、非承载式车身和货箱等所有簧上质量的重要机件，承受着传给它的各种力和力矩。
因此，车架必须要有足够的弯曲刚度，也要有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命。
同时，随着现在汽车的发展，载重货车的乘坐舒适性，操控性能也在不断提高，因此车架的设计还应同时兼顾舒适性和操控性。
本文以商用载重货车为研究目标，结合货车的各项参数，对车架进行设计。
确定了车架总成以及纵梁横梁的各项参数。
运用solidworks软件做出了车架的三维模型图。
同时利用ANSYS WORKBENCH有限元分析软件对车架的四种典型工况做出静力分析，得到各种工况下的变形情况和应力分布情况，同时对车架进行了模态分析。
最后根据分析结果对车架做出优化建议。
关键词: 载重货车；车架；结构设计；有限元分析IABSTRACTThe vehicle frame is the base of the car, is one of the most important parts in the automobile design. Frame supports the engine clutch, transmission, steering gear, non bearing body and the container all spring quality the important parts, bear and pass it on to all kinds of force and moment. Therefore, the frame must have enough bending stiffness, also want to have enough strength, to ensure sufficient reliability and life. At the same time, with now the development of automobile and truck ride comfort, handling performance also continues to increase, so design of the frame should also combine comfort and handling.In this paper, the commercial truck as the research objective, combined with the parameters of the truck, the frame design. Frame assembly and the longitudinal beam parameters were determined. The 3D model chart of the frame was made by SolidWorks software.. At the same time, the finite element analysis software ANSYS Workbench of the frame of four kinds of typical working conditions to make static analysis, obtained under various conditions of deformation and stress distribution, and the modal analysis of the frame. Finally, according to the results of the analysis of the frame to make optimization recommendations.Keywords:Truck； frame；structure design；finite element analysisII目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................... I I 1 绪论 .. (1)1.1车架总成概述 (1)1.2国内外研究情况及其发展 (2)2 车架总成设计 (6)2.1参考车型及其参数 (6)2.2车架类型的选择 (6)2.3车架设计的技术要求 (11)2.4车架的轻量化 (13)2.5车架的参数设计 (13)3 车架的有限元静力学分析 (19)3.1车架几何模型的建立 (19)3.2车架有限元模型的建立 (19)3.3车架的静力学分析 (21)3.4 基于静力分析的车架轻量化 (32)4 车架的模态分析 (34)4.1车架模态分析的基本理论 (34)4.2车架有限元模态分析结果 (36)4.3车架外部激励分析 (40)5 总结与展望 (42)III5.1总结 (42)5.2工作展望 (43)参考文献 (45)致谢 (47)IV1 绪论1.1车架总成概述汽车车架是整个汽车的基体，是将汽车的主要总成和部件连接成汽车整体的金属构架，对于这种金属构架式车架，生产厂家在生产设计时应考虑结构合理，生产工艺规范，要采取一切切实可行的措施消除工艺缺陷，保证它在各种复杂的受力情况下不至于被破坏。
河北工业大学城市学院毕业设计（论文）前期报告学生姓名：赵坤学号： 117468 系别：机械工程系专业：车辆工程设计(论文)题目：自卸式半挂车车架建模及有限元分析设计(论文)地点：河北工业大学城市学院指导教师：王金刚职称：教授2015年 04 月 03 日一、文献综述（不少于2000字）1.课题背景随着社会的发展，自卸车在二十世纪五十年代应运而生，自卸车的问世是一场重大的技术革新，是有效节省劳动力、降低劳动强度、提高生产效率的特色产品。
自卸车又称翻斗车，是指通过液压或机械举升而自行卸载货物的车辆，是应用较多、环境适应能力强的一种专用车，可以运输绝大部分的散货，由于运输货物相对比较固定，所以具有均衡性强的特点，在粮食、采矿、建筑、矿粉运输、电厂、钢厂的许多行业都有广泛的应用[1]。
目前国内自卸车主要用于能源物流运输(煤碳、砂石、矿石等)和工地道路施工作业，其中煤碳、砂石料、铁粉运输比例占有相当大的比重。
半挂车，是车轴置于车辆重心(当车辆均匀受载时)后面，并且装有可将水平或垂直力传递到牵引车的联结装置的挂车[2]。
其设计结构合理，且外型美观，制动效果好，可靠性高。
其次，半挂车设计符合人体工程学，具有装载质量大，装载物品稳当、结实的特点。
缩短了汽车的总长，提高了整车的行驶稳定性和机动性，更重要的是它的区段运输、甩挂运输、滚装运输还能对我国物流的组织形式起到一定程度的促进作用[3]。
与汽车相比，半挂车更能够提高公路运输的综合经济效益。
运输效率可提高30-50%，油耗下降20-30%，成本降低30-40%[4]。
正因为自卸车和半挂车各自特点和优势，所以二者的结合更是绝佳的配合，节省了劳动力、提高了运输效率、降低了成本，成为汽车行业的一枝独秀。
2.项目的国内外发展情况自卸半挂车最早源于国外，日本、北美、西欧的技术比较先进，在发达国家随着基础设施的日趋完善，自卸半挂车市场品种齐全、产品技术含量高，一些新材料诸如高强度钢板、新型铝合金材料、塑料等的使用，使车身的重量变得更轻，在降低了能耗的同时，更增加了美感和抗变形能力[5]。
2012/4机械制造50卷第572期满足要求,并且有较大的富裕量。
这是因为计算时载荷是理想化的。
在实际工作中,会产生偶然性载荷,包括轨道的倾斜、轨道杂质等产生的载荷。
4结束语通过对有限元分析结果与传统的赫兹理论结果进行比较,说明采用ADINA 进行分析时,计算精度与模型的网格划分密度关系较大。
计算结果表明,该大负荷滚轮推车在性能上可满足使用要求,并且许用应力较大的富裕量完全可以克服在实际工作中的偶然性载荷。
参考文献[1]Fra 觢tia,Lubor.Numerical Solution of Elastic Bodies in Contact by FEM Utilising Equilibrium Displacement Fields [J ].Computational Mechanics,2007,41(1:159-174.[2]岳戈,陈权.ADINA 应用基础与实例详解[M ].北京:人民交通出版社,2008.[3]李虎林,易湘斌.产品开发中的多软件联合仿真技术[J ].机械设计与制造,2008(4:55-56.[4]彭文生,黄华梁.机械设计[M ].武汉:华中理工大学出版社,2009.[5]成大先.机械设计手册第一卷.(第4版[M ].北京:化学工业出版社,2002.[6]刘长虹.车架的随机静强度分析在粗糙集理论中的应用[J ].机械设计与制造,2005(10:1-3.葺(编辑功成YJ3128型自卸车用于矿山等野外作业场所的运输,它具有牵引力大、载重量大、价格低等优点,自卸车主要部件为主副车架、驾驶室、货箱、液压举升机构、发动机、减速器等,各个部件对于汽车的质量以及使用寿命都有重要的影响,其中副车架的设计是整车设计中关键的一环。
副车架起连接主车架和货箱的作用,旨在确保主车架载荷的均匀分布,并增加主车架的强度和刚度。
在该车正常使用3~5个月左右,副车架纵梁宽度转折处和方横梁处就出现了焊缝开裂(如图1,司机如不注意,极易酿成大梁断裂甚至翻车的大事故[1]。
矿用自卸车车架的有限元分析及优化设计彭国谱;贺翔;唐华平;姜永正【摘要】根据某大型矿用自卸车车架的结构样式,建立了车架的有限元模型,并采用惯性释放法计算出不同工况下的车架应力分布情况.同时,对矿山上运行的矿车车架进行了应力测试.对比车架应力分布的实验结果和仿真结果,发现车架的应力误差基本上控制在10％以内,从而验证了有限元分析车架应力的有效性.为了改善车架的性能,设计了车架拓扑结构,并通过结构优化,得到了可靠的车架结构,最后通过仿真分析验证了改进后的车架性能有了大幅度提高.【期刊名称】《湖南工业大学学报》【年(卷),期】2014(028)003【总页数】6页(P35-40)【关键词】有限元模型;应力分布;惯性释放法;拓扑结构【作者】彭国谱;贺翔;唐华平;姜永正【作者单位】湘电重型装备股份有限公司,湖南湘潭411100;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;中南大学机电工程学院,湖南长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TH248车架作为自卸车的重要承载部分，其承载性能和动力学性能决定了自卸车结构的可靠性[1]。
电动轮自卸车的质量较大，结构较复杂，运载量较大，行驶环境较恶劣，因而工作时车架易发生弯曲、扭转等形变。
若长期处于恶劣的工作环境下，则会加大自卸车车架焊缝开裂的可能性。
由于矿用自卸车载重量巨大，车架结构复杂，且运行工况复杂，这使得整个自卸车车架结构的设计非常困难[2-3]。
矿车设计人员主要采用经典的弹性力学理论并结合自身经验，对自卸车车架进行设计和校核，常通过对应力大的位置进行刚度加强以提高车架性能，并通过车辆在矿山的工作情况来检验设计[4-7]。
这样的开发过程不仅效率低、投入大，并且无法获得最优化结构。
有限元分析法是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统的数值分析方法，其应用广泛且实用高效[8]。
采用有限元分析法对自卸车车架进行工况模拟分析和结构优化可以节省大量的试验成本和设计周期。
10.16638/ki.1671-7988.2016.06.023基于有限元的自卸车车架轻量化设计向文卓1，吴亚菲1，周浩2（1.武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070；2.东风越野车有限公司，湖北十堰442000）摘要：为了降低制造成本，提升自卸车性能，文章基于有限元的分析法对某自卸车的车架进行轻量化研究。
通过分析特殊工况下的应力和位移对车架进行了强度校核，再利用HyperWorks 中的Optistruct 模块对车架进行拓扑优化，参考优化结果进行二次了设计。
最终在满足强度要求的前提下总质量减少了14.69%，达到了轻量化的目的。
关键词：有限元；拓扑优化；轻量化中图分类号：U463.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2016)06-66-04Lightweight Design of Dump Truck Frame Based on Finite Element MethodXiang Wenzhuo1, Wu Yafei1, Zhou Hao2（1.School of automotive engineering, Wuhan University of Technology, Hubei Wuhan430070; 2.DFG, Hubei Shiyan 442000）Abstract: In this paper, in order to reduce manufacturing costs and improve the performance of dump truck, Finite Element Method was applied to the lightweight study of the frame of dump track. Displacement and von Mises stress of the frame are calculated which assesses the adequate strength of the frame. Then, the lightweight optimization by topology using Optistruct module in HyperWorks was executed. By reference the result of optimization, the secondary design was done. Finally, the masses reduced 14.69% and met the requirement of strength .The expected optimization result is converged. Keywords: FEM; topology optimization; LightweightCLC NO.: U463.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)06-66-04引言随着我国经济的持续发展，自卸车的保有量越来越大。
基于ANSYS的自卸车车架有限元分析及优化设计
屈葵林
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2012(000)006
【摘要】用ANSYS有限元分析法对自卸车车架进行了分析,找出了自卸车车架在应用中比较容易出现问题的部位,提出了改进的建议.
【总页数】3页(P58-59,62)
【作者】屈葵林
【作者单位】中国重汽集团柳州运力专用汽车有限公司,广西柳州545112
【正文语种】中文
【中图分类】U469.402
【相关文献】
1.矿用自卸车车架的有限元分析及优化设计 [J], 彭国谱;贺翔;唐华平;姜永正
2.基于ANSYS的自卸车副车架有限元分析及结构改进 [J], 林吉靓;张志功
3.基于ANSYS的某自卸车车架有限元分析 [J], 张京明;刘金龙;张晓雨;金清强;付振元
4.基于ANSYS Workbench的重型自卸车货箱底板有限元分析及结构轻量化设计[J], 李勇;李文超
5.基于ANSYS Workbench的重型自卸车货箱底板有限元分析及结构轻量化设计[J], 李勇;李文超;
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SGA3723矿用自卸车特种支架有限元分析与结构改进作者：杨而宁高全峰前言SGA3723型矿用汽车是北京首钢重型汽车制造厂与北京科技大学合作，在SGA3722的基础上共同研制开发的重型矿用运输汽车，适用于露天矿山、煤碳、水利、电力以及建筑工地运送散装物料。
已经生产多年的SGA3722矿用汽车目前所用的驾驶室支架与水箱支座、水箱罩支撑分别独立布置；结构复杂。
各种不同厚度、形状各异的钢板和钢梁组焊而成的复杂箱形构件，存在着质量大、成本高、焊接工艺性差、生产周期长等诸多缺陷。
为了降低原料消耗、提高产品结构工艺性、缩短生产周期和提高生产效益，厂家拟对原车进行结构改进设计。
1 新支架结构设计针对上述问题，在新车设计中作以下改进：(1)将驾驶室支撑、水箱支撑、水箱罩及走台支撑合为一体。
在满足使用要求的情况下，简化结构设计方案，减轻总成的重量、节省布置空间。
(2)合理布置肋板位置。
在设计中由于此支架右侧与水箱出水管干涉，考虑到管路的拆装方便，在前面板上开出缺口。
因此，背面肋板也要相应移位。
(3)留出车灯安装位置。
在不过分削弱结构强度的前提下，与照明设计师共同确定前照灯的安装孔以达到美观协调。
各板材均选用Q235组焊而成。
改进结构由面板、肋板、侧面装饰板、底板以及梯子总成焊接而成，此结构由经验设计完成，还必须对其进行定量分析，以验证结构的可行性并确定最终的设计参数。
2 有限元建模2.1 模型简化在汽车CAD/CAE技术中，有限元分析方法和软件技术占据了一个极其重要的位置。
对于复杂结构，进行力学性能的研究及优化设计，有限元方法被证明是一种最为成功，应用最广泛的近似分析方法。
ANSYS常用的建模方法有2种：(1)在通用CAD软件中建模，并以IGES、STEP等格式导入或者用专为UG、Pro/E、CATIA配置的专用接口程序将其所建模型直接转换过来；(2)用ANSYS前处理模块直接进行建模。
利用ANSYS有限元分析软件进行新支架实体建模，假设焊接的强度足够大，将支架的有限元模型看成刚性连接的整件，不考虑零件焊缝装配搭接情况以及螺栓孔及倒角对结构的影响，不计梯子总成的影响。
大型矿用自卸车车架结构有限元建模研究近年来，大型矿用自卸车的发展不断加快，车架的设计和检验备受重视，因此有必要进行有效的有限元建模研究。
有限元方法是一种建立计算机模型以模拟复杂物理系统的计算方法，通过有限元分析可以获得设计参数等结构受力情况，构成了一种有效的结构评估技术。
本文以某型号大型矿用自卸车为研究对象，采用有限元建模方法，研究车架设计参数、结构受力状况等，为该车架的结构设计提供技术支持。
首先，根据现有的设计规范和车架的实际情况，对该车架的结构进行定量分析。
结构成分包括车架主体、悬挂系统、桥壳、轴承和轮胎等，各成分受力情况不同，其材料及尺寸也不相同，必须根据实际情况进行精确的建模工作，并对材料和尺寸等参数进行校核。
其次，通过分析车架的外形及结构主要成分受力情况，将车架模型拆分为有限个单元，确定有限元模型的结构类型和结构尺寸，然后采用有限元分析软件进行模拟计算，综合考虑车架结构的受力情况，即可得到有效的结果。
最后，运用有限元方法对大型矿用自卸车车架进行建模，从而获得车架各个结构成分受力情况，以及车架结构的稳定性及耐久性的数据，为大型矿用自卸车的可靠性设计和检验提供有力的技术支持。
综上所述，有限元建模技术可以有效地分析大型矿用自卸车车架的结构受力情况，有助于提高车架抗压强度，延长使用寿命，从而提高其可靠性，为解决大型矿用自卸车结构受力问题提供了有力的技术支持。
通过有限元建模研究，可以在节约时间和费用的同时保证车架结构的稳定性和耐久性，进一步实现对大型矿用自卸车的安全性、可靠性和可控性的提高，提高矿用自卸车的工作效率，加快矿山设施建设进程。
本研究将为大型矿用自卸车车架结构有限元建模研究及其设计与检测提供有力技术支持，有助于大型矿用自卸车的安全及可靠性的提高。
