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車架是汽車起重機(jī)3大結(jié)構(gòu)件中的一個(gè)重要部件，在工作中是整個(gè)機(jī)器的基礎(chǔ)，其強(qiáng)度和剛度對(duì)保證整車正常工作具有重要意義。車架是一個(gè)受空間力系的復(fù)雜超靜定結(jié)構(gòu)，目前生產(chǎn)廠家仍采用常規(guī)的解析法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，而為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算，通常需作一些假定：(1)轉(zhuǎn)臺(tái)部分視為剛體，(2)忽略車架中的諸多隔板、加強(qiáng)板等，(3)支腿視為對(duì)稱布置，(4)計(jì)算時(shí)，對(duì)上車載荷簡(jiǎn)化到轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的集中力和力矩不作處理。然后再用梁模型計(jì)算截面應(yīng)力。而實(shí)際上，車架是用薄板焊接成的大箱形結(jié)構(gòu)，其精確的模型是板殼模型，解算這種模型比較好的方法是有限元分析法，可以全面、細(xì)致地分析整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形。故本研究采用這種方法來(lái)分析計(jì)算。汽車起重機(jī)車架，并以吊臂位于正側(cè)方時(shí)的工況為例說(shuō)明整個(gè)分析過(guò)程。
汽車起重機(jī)車架主體部分為倒凹字型薄壁封閉大箱形結(jié)構(gòu)，為加強(qiáng)車架的抗扭轉(zhuǎn)剛度，中間還加了8塊橫向隔板。為保證回轉(zhuǎn)支承的剛性，轉(zhuǎn)臺(tái)部位加設(shè)了多塊縱、橫向撐板和斜筋板，其上還焊接有回轉(zhuǎn)支承座圈。車架采用H型支腿，固定支腿與車架通過(guò)焊接在一起。工作時(shí)，活動(dòng)支腿伸出并支承于地面承受載荷。在進(jìn)行分析時(shí)，由于前段外伸部分在起吊重物時(shí)不起作用，故只選取包括前后支腿在內(nèi)的車架后段作為研究的對(duì)象，將前段忽略不計(jì)。在實(shí)體建模時(shí)，對(duì)車架盡可能不作任何簡(jiǎn)化。車架及支腿均視作薄板構(gòu)成，取薄板中面尺寸造型，而座圈則按實(shí)體造型。對(duì)于固定支腿與活動(dòng)支腿的連接，雖然它們是一種接觸連接，而非固定連接，但為了實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的傳力，故在模型中將2者固連。綜合利用自上而下、自下而上以及布爾運(yùn)算等方法進(jìn)行建模。
劃分網(wǎng)格時(shí)，板用板殼元shell63來(lái)離散。shell63是一種4節(jié)點(diǎn)線彈性單元，遵循基爾霍夫的假定，即變形前垂直于中面的法線變形后仍垂直于中面，且其可以同時(shí)考慮彎曲變形及中面的膜力，比較符合車架的實(shí)際受載情況。實(shí)體采用8節(jié)點(diǎn)6面體單元solid45進(jìn)行劃分，其還可以將實(shí)體劃分成四面體形狀。考慮到轉(zhuǎn)臺(tái)座圈與上蓋板連接周圍、活動(dòng)支腿與固定支腿搭接處附近是應(yīng)力集中部位，故采用較多單元進(jìn)行劃分。如圖所示，模型規(guī)模為64928個(gè)單元、49707個(gè)節(jié)點(diǎn)。
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