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NFX|自卸车后门分析及优化

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摘要:

    以midas NFX软件为工具,对通力自卸车后门进行了有限元分析,确定了后门的应力、形变分布情况,同时对后门结构进行拓扑优化,并将优化前后后门的应力、位移和质量做了比较。结果表明,优化后的后门既满足刚度和强度的要求,又有效地减轻了质量,达到了轻量化、降成本的设计目的。

关键词:自卸车;midas NFX;有限元分析;拓扑优化

中图分类号:U469.4

文献标识码:A

文章编号:2095-980X(2015)03-0061-02
    在自卸车货箱中,自卸车后门是用来封闭货物和承载货物、外部挖机设备助推冲击的重要组件。一般情况下,在实际使用过程中, 当自卸车处于泥泞水坑环境中时,大多做法都是通过挖机在后门上助推, 将车辆顺利带出不利环境。这就要求后门具有较强的刚度和强度,以往的做法是同行都会在后门上设计助推装置来满足使用要求,然这样就会给货箱布置和货箱轻量化提出挑战,后门设计较为关键。为了减少故障率,设计刚度合适的后门至关重要,本文利用有限元分析软件Midas NFX 对自卸车后门进行强度和刚度分析,并对后门进行拓扑优化,在保证使用性能的前提下,达到减小应力、节省材料、减轻重量、降成本的目的。
1 计算模型
1.1基本假设
(1)模型零件的材质均匀且各向同性;
(2)零件所受到的载荷与施加的约束始终不变。
1.2模型建立

利用3D软件建模,本文以Solidworks软件为例创建模型如图1所示,保存为* .x_t 格式文件。

1.3 导入,简化模型
采用Midas NFX 导入* .x_t 格式模型、简化模型,删除<20mm的圆角,如图2所示。

1.4 定义特征、材料
用Midas NFX“ 特征”命令定义3D 特征,用“ 材料”命令定义材料为S700MC,弹性模量为206000MPa,泊松比为0.3,密度为7.86 t/m3,屈服强度为700MPa。1.5 网格划分

用midas NFX “网格”命令定义3D 网格,大小设置成20, 采用混合网格生成器。最终产生 58355个节点和 41312个单元。

1.6 载荷边界条件

     (1)约束条件:用midas NFX"载荷边界条件—边界条件—约束—固定"命令定义约束,选择两侧的六个孔为铰接,后门启闭垫板面为固定约束。如图3所示

  (2)载荷条件:自卸车主要应用于矿石、煤炭、沙土、沙石等的运输,其压力值大小与所载货物的密度有关,而且与实际装载状态有关。计算采用最危险工况(即满载状态)进行分析,载荷近似为静水压力分布规律分布于后门板内面,按以下公式计算:

后门最顶端的压力为0MPa, 因此压力分布公式可以表示为:
P=Pmax-KX
其中:

此处取,此处h=1200mm,Mmax=35t

S底板=

故在0—h 范围的对应压力为0.0176~0Mpa,K=1.46×10

推导出:P=2.8×(0.0176-1.46 ×  × X)

安全系数2.8

2 计算结果分析

后门位移分布云图

后门位移分布云图

对后门组建进行静力学分析,结果见表1

    由计算结果可知,后门的最大应力值约为70.4Mpa,最大应力为后门启闭垫板面附近,该两处出现了应力集中,但未超过S700MC的需用应力值700MPa,满足后门受压力范围。

3 拓扑优化设计

      在保证后门刚度和强度的情况下,为了提高后门的可靠性,节省材料,减轻后门的重量且降低成本,对原设计的后门组件进行拓扑优化。红色部分是应该保留的,而蓝色密度部分应该考虑减少材料,主要对后板立板和后板立板盖板进行优化,优化后的模型如图6所示

对比优化后的模型进行计算分析 

后门优化后的位移分布云图

后门优化后的应力分布云图
优化前后对比表见表2
    从结果对比中可以看出受相同载荷和约束的条件下,优化后的后门组件的最大应力较优化前有所增加27.2%,原结构的重量较优化后下降了33.9%。虽然优化后的最大位移增加了25.4%,且应力集中处增加27.2%但仍能满足后门组件在受2.8 倍安全系数压力下正常使用。实现轻量化且降低了成本。
4 结语

本文运用Midas NFX 对矿用车车架建立了有限元模型,同时对车架做出了静力学受力分析,并根据分析结果应用“ 优化”命令对矿用车车架进行拓扑优化,在满足刚

度、强度的前提下大大减轻了车架重量,节省了材料。此外,本文的分析结果对车架轻量化设计及改进有一定指导作用。

作者:

元博,冯强,陈鹏,邹勇

陕西通力专用汽车有限责任公司,陕西宝鸡722405

基于midas NFX的自卸车后门有限元分析及优化

来源:midas机械事业部
静力学拓扑优化汽车NFX材料
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首次发布时间:2023-03-22
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