NFX|无轨胶轮车车厢结构仿真分析

15小时前浏览13

摘要：

本文以有限元分析软件midas NFX作为分析平台，通过对煤矿井下无轨胶轮车平推自卸车车厢在3吨混泥土静态和油缸工作及紧急刹车三种工况下进行有限元分析，得到主车厢、副车厢、推板及后门应力应变计算结果，对比实际失效模式验证有限元分析有效性，同时为DFMEA提供了设计依据。

关键词:

无轨胶轮车平推自卸车车厢有限元分析

1 引言

无轨胶轮车平推自卸车车厢主要用来装载混凝土，混凝土中含有沙石，运输过程中会对车厢侧板和后门形成冲击，这就要求车厢保证有足够刚度和强度；另外其卸载方式是平推自卸，工作时后门打开，敞开式结构最容易变形，这要求主车厢侧板要有足够强度和刚度。所以预防主车厢侧板和后门的变形是DFMEA前期设计重中之重。本文着重介绍通过midasNFX分析平台对车厢进行前期处理过程，通过计算结果和实际进行比较，验证有限元分析有效性和为后续减重优化设计及DFMEA提供数据支持。

2 无轨胶轮车车厢有限元模型的建立

2.1车厢的结构特点

无轨胶轮车平推自卸车车厢主要有主车厢、副车厢、推板和后门组成，副车厢和推板是通过三个油缸推动，副车厢PART9和PART10与主车厢PART16接触滑动，副车厢7与推板的推板-part3和推板-part4接触滑动；底推板-part3和推板-part4及副车厢PART9材质是耐磨塑料：POM+F4。敞开式箱式后开门结构最容易发生变形，最薄弱地方在后门和主车厢侧板靠后门一侧。

2.2车厢有限元模型的建立

在建立车厢有限元模型的时候，主要从以下几个方面来考虑：

(1)原车厢模型为三维实体模型，并且车厢结构中大部分零件为薄壁件，采用三维实体单元建立有限元模型，若选用较小的单元尺寸，网格规模会比较大，相应的计算效率会偏低；若采用较大的单元尺寸，网格规模会比较小，但是由于单元纵横比偏大会导致网格质量变差。因此，利用车厢的结构特点，采用壳单元进行建模，既可以大大地缩小计算规模，又可以保证网格质量和计算精度。

(2)如前所述，车厢结构主要由后门、主车厢、副车厢和推板共四部分组成，每一部分由若干零部件组成，并且在实际情况下是焊接结构。本次分析中，不考虑焊接本身对分析所造成的影响。在这种情况下，如果将这四个组成部分的每一个部分当成整体来进行网格划分，很难得到高质量的网格。因此先对各零部件进行网格划分，在本来是焊接的地方设置焊接接触。MIDASNFX有自动接触功能，并且焊接接触在MidasNFX软件中能采用线性计算，不用考虑收敛性问题，因此采用焊接接触设置既不影响网格质量，又不影响计算效率。

(3)后门下端与主车厢之间采用铰接连接，上端与主车厢之间采用挂钩连接。对于铰接和挂钩，采用MidasNFX中的铰接单元进行定义。

图1 车厢结构网格模型

2.3边界条件的确定

本文所分析的对象是平推自卸式无轨胶轮车车厢，主车厢主体和后机架通过8块板通过螺栓对敲连接。

2.4载荷的处理

车厢装满3吨混凝土，其对车厢的作用力分为两个部分，一是作用在主车厢底板上的力，二是作用在主车厢侧板、推板表面和副车厢表面的力。设定作用在车厢底板上的力是均匀分布的，也就是说，需要在主车厢底板上面施加一个均匀分布的载荷；作用在主车厢侧板、推板表面和副车厢表面的力随着货物高度的变化而呈线性变化，并且在同一高度，车厢所受到的作用力大小相等。因此作用在车厢底板、侧板、推板表面和副车厢表面的力可以由下列等式统一进行描述：