基于有限元法的矿用洒水车水罐强度分析

2024年2月5日发(作者：悍马h8多少钱)

★设计?试验?研究★　基于有限元法的矿用洒水车水罐强度分析　秦皇岛天业通联重工股份有限公司　韩璐　于慧　【摘要】水罐是洒水车上的重要部件，其结构强度至关重要。本文应用有限元法分别对纯弯曲　工况、制动工况、起动工况和转弯工况下水罐的结构强度进行校核。通过分析计算结果得出水罐整　体结构强度符合要求，但是在制动工况下前封板与罐体联接的下部的应力接近材料的屈服极限，较　危险，应增加加强结构。　关键词ｌ有限元法矿用洒水车水罐工况结构强度　前言　近年来随着我国国民经济的发展，用于矿山作　业的机械在不断增加，其中矿用洒水车在矿山道路　重要，故应对水罐的强度进行校核。　１几何模型建立　１．１罐体结构及性能参数　养护、降低公路与作业区粉尘浓度、延长采掘运输设　备寿命、改善工作环境、保障汽车司机和采场工人身　体健康以及提高经济效益等方面都起到重要的作　用。由某公司自主设计研发的ＴＴｗ４５矿用洒水　车，额定水容量为４０　ｍ。，洒水面积大、喷洒距离长，　ＴＴｗ４５矿用洒水车的水罐主要由罐体和罐体　下的两根纵梁组成。罐体为前后变截面结构，由优　质碳素钢焊接而成。罐体顶部开有加水孔和入孔，　内部设有三个横向防波板及两个左右对称的纵向防　可以满足大中型露天矿山长运距、宽路面的洒水降　尘，也可用于绿化、运水、排水、应急消防、路面清洗，　是一种用途广泛的多功能洒水车。该车型是在矿用　自卸车的基础上去掉货厢，加装水罐与水路系统改　制而成，水罐与车架通过固定架和定位轴联接，牢固　波板，除了防止车辆运行过程中波浪对罐体的冲击，　还起到增强罐体骨架强度的作用。为减轻自重、便　于工作人员进行罐内清洁维护，在防波板上开有若　干人孔。罐体下的两根纵梁上端面焊接在罐体底　部，侧面通过固定架与螺栓联结在车架上。图１为　可靠。水罐是洒水车的重要组成部分，其强度至关　水罐具体结构。　ａ水罐外形图　ｂ水罐内部结构　图１水罐结构　１．２几何模型的建立及简化　有限元模型时，在前后封头与罐体、隔板与罐体、隔板　与隔板联接的地方网格质量很差，若要完全如实地反　ＴＴｗ　４５矿用洒水车的水罐前后为变截面结构，　内部为纵横隔板交错的复杂的空间超静定结构。建立　映罐体结构将要求很高的计算资源，极大地延长计算　?　１Ｏ　?　矿用汽车　２０１０年第４期　

★设计?试验?研究★　时间，过分关注细节非但不会给整体分析带来太大的　为了保证计算精度，降低结果误差，本文选取实　体单元离散模型。高阶３维２Ｏ节点固体结构单元　ＳＯＬＩＤ１８６具有二次位移模式，可以更好地模拟不　规则的几何模型。单元通过２０个节点来定义，每个　好处，相反会导致计算成本的增加，甚至无法计算。鉴　于以上原因，现对水罐几何模型做出如下简化：　１）采用实体单元构建模型，忽略焊缝的影响，　将罐体、隔板及前后封板建立成连续的整体；　２）将罐体下面纵梁的上盖板、侧板和下盖板建立　节点有３个自由度，即沿坐标轴的位移自由度ＵＸ、　ＵＹ、ＵＺ。ＳＯＩ　ＩＤ１８６可以具有任意的空问各向异　性、单元支持塑性、超弹性、蠕变、应力钢化以及大变　形和大应变能力，还可采用混合模式模拟几乎不可　成整体，在上盖板上表面与罐体底部设置接触联结；　３）为使计算合理简单，忽略隔板下部尺寸相对　较小的放水孔以及其他对水罐强度影响很小的结构。　燮～爱燕　压缩弹塑材料和完全不可压缩超弹性材料，如图２。　采用自由网格划分法，设置单元尺寸为　２有限元模型的建立　２．１网格的划分　１００　ｍｍ，对联结结构位置进行网格细化。划分结　果如图３，共有２８万个节点，１１万个单元。　图２实体单元ＳＯＬＩＤ１８６结构图　图３罐体网格划分　２．２各工况的模拟　示。最大应力为１８５　ＭＰａ，出现在前封板与罐体侧　矿山的工作环境十分恶劣，道路崎岖颠簸，对矿　用车辆的破坏性很强。在这种环境下，矿用车辆的　工况复杂繁多。本文根据水罐受力特点，主要针对　面联接的下部，其余绝大部分应力在６０　ＭＰａ以下，　罐体顶部应力值最小。材料的屈服极限为　２４５　ＭＰａ。该工况下罐体的应力远远小于材料的屈　服极限，最大极限仅为材料屈服极限的７５．５　０　０。　洒水车的四个典型工况进行分析，包括纯弯曲工况、　制动工况、起动工况和转弯工况。　罐体是焊接在纵梁上的，纵梁通过定位轴和　固定架与车架联接。所以在罐体与纵梁之间设　置接触，通过限制纵梁的位移给罐体施加约束。　罐体除承受本身的重力及水的压强作用之外，在　各个工况下还受到不同的惯性力作用。根据不　同工况，施加不同的载荷与惯性力。考虑到矿山　道路十分颠簸，将载荷乘以动载荷系数进行分析　计算。　３各工况计算结果分析　３．１纯弯曲工况　纯弯曲工况下，罐体的等效应力云图如图４所　２０１０年第４期　矿用汽车　图４罐体纯弯曲工况等效应力云图　

★设计?试验?研究★　３．２制动工况　是前封板下端与罐体联接右侧的地方，应力值为　１５９．９１　ＭＰａ；最后是后封板与罐体联接处的右侧，　制动工况是汽车的又一典型工况，设置制动加　速度为２　ｍ／ｓ。，计算结果如图５。最大应力出现的　应力值为１２０．８　ＭＰａ，都未超过材料屈服极限，是安　位置与纯弯曲工况下的相同，在前封板与罐体侧面　联接的下部，应力值为２２５　ＭＰａ，是材料屈服极限的　９２　，较危险，应该在此处增加加强结构。其次是后　封板与罐体侧面联接的中部，应力值为１０５　ＭＰａ，为　材料屈服极限的４３　，所以此处是安全的。　全的。从罐体整体受力来看，由于转弯时离心力的　作用，罐体左半部分受力较右半部分小，罐内左封板　的应力也较右封板的小，这可以说明对转弯工况的　模拟是合适的，计算结果是较准确的。　图６罐体起动工况等效应力云图　图５罐体制动工况等效应力云图　３．３起动工况　起动工况是一个与刹车工况相似的工况，不同　的是加速度的方向与刹车时相反，数值１．２５　ｍ／ｓ。，　罐中液体对罐体的冲击情况也不相同，计算分析结　果如图６。最大应力仍然出现在前封板与罐体侧面　联接的下部，应力值为１８６．９３　ＭＰａ；其次是前封板　下端与罐体联接的地方，应力值达到１５８．１７　ＭＰａ；　再者因为起动时罐内液体对后封板的作用力，使后　封板与罐体联接处的左侧、右侧与下端的应力值为　图７罐体转弯工况等效应力云图　１４０　ＭＰａ，较刹车时同位置的应力值大。这些部位　的应力值远小于材料的屈服极限。　３．４转弯工况　４结论　根据计算结果可知，从水罐整体的结构强度来　对转弯工况进行分析，是为了校核罐体能否可　以承受转弯时罐内液体的作用力。设置洒水车向左　侧转弯，角速度为０．３５４　ｒａｄ／ｓ，转弯半径为８．７５　ｍ，　计算结果如图７所示。最大应力出现的位置与上面　三个工况下的相同，在前封板与罐体侧面联接的下　说是符合要求的，应力集中的主要地方是罐体与前、　后封板联接的部位，尤其是前封板与罐体联接的下　部，在各个工况下应力值都是最大的，虽然均未超出　材料的屈服极限，但在刹车工况下此处的应力值达　到９２　，罐体各部分之问都是焊接在一起的，所以　要注意焊接的质量，或在结构上增加加强筋。　（收稿日期：２０１０—０２—０３）　部，应力值为１８６．３９　ＭＰａ；其次是右纵梁上部与罐　体底部联接的地方，应力值达到１８３．３５　ＭＰａ；再次　１２　?　?　Ｘｒ＂．Ｅｆｔ汽车　２０１０年第４期