基于ANSYS Workbench的自卸车副车架动态分析

通常,利用ANSYS经典界面对结构进行静动态分析工作量大、分析流程比较模糊。本文以某矿用自卸车为研究对象,以有限元和动力学理论为基础,尝试运用ANSYS Workbench有限元分析软件对副车架结构进行动态分析,其分析流程清晰便于操作、不同模块间可实现数据共享,节约时间。 本文依据厂家提供二维图纸,利用ANSYS Workbench软件完成自卸车副车架的建模,经过网格划分得到副车架有限元模型,并对其进行自由模态分析得到副车架的固有模态频率和振型；然后添加弹簧悬架系统,依据自卸车的实际情况对副车架添加约束,进行发动机激励下和车轮不平衡激励下的谐响应分析,得到副车架靠近后翻转轴处的幅频特性曲线；最后,对副车架进行起伏路面激励的随机响应位移功率谱分析,得到自卸车以不同车速行驶在E级路面时的应力—频率、位移—频率云图和后翻转轴处响应功率谱密度。 由分析结果对副车架的质量进行校核。由自卸车副车架自由模态分析结果可知该自卸车副车架设计合理,没有局部不足。依据实际使用情况,考虑发动机激励、车轮不平衡激励和起伏路面激励的作用对车架进行动态分析,结果表明：①车轮不平衡激励谐响应分析包含弯曲和扭转两种工况,两种工况下最大峰值出现的频率均为6Hz,虽然避开了车架固有频率,但该低阶频率下副车架后翻转轴处Y方向最大位移分别为39.859mm和47.655mm,副车架变形较大。②随机响应分析中,自卸车分别以43km/h(12m/s)和57km/h(16m/s)行驶在E级路面,通过应力—频率、位移—频率云图得到副车架后翻转轴处最大应力和最大位移分别为261.58Mpa、84.284mm和402Mpa、194.750mm.两种车速下,副车架满足应力条件,但后翻转轴处均存在较大变形,这与该型车大多用户反映的故障相吻合,引起副车架后转轴处断裂的主要原因除装卸过程引起的疲劳破损外,车轮不平衡和起伏路面随机激励是主要原因。 本论文的创新之处：直接利用Workbench对副车架进行分析,其分析流程具有很强的实用性,节省大量工作时间；利用功率谱代替时间—历程对副车架进行路面随机响应分析,得到副车架受路面激励作用会产生随机疲劳,造成副车架出现裂纹甚至断裂现象。