两种主流半挂车轻量化钢材大PK(减重效果、安全性能)

2020-11-12 11:53 175 0 来自: 专用汽车杂志
简介
【汽车轻量化在线】物流运输业是半挂车产品最大的市场需求,随着国家机动车安全运行标准的更新与实施,挂车市场愈来愈要求高技术含量、高附加值的产品。而且运输企业也逐步实现专业化、规模化、现代化,所以专用车制 ...

汽车轻量化在线】物流运输业是半挂车产品最大的市场需求,随着国家机动车安全运行标准的更新与实施,挂车市场愈来愈要求高技术含量、高附加值的产品。

而且运输企业也逐步实现专业化、规模化、现代化,所以专用车制造公司在开发设计各类挂车过程中,为了满足市场需求,充分利用现代设计技术,实现轻量化。

本文将对市场某款大梁采用LG980LE材料的自卸半挂车进行典型工况的有限元分析,对其进行结构进行刚强度校核分析。

建立模型

图1为某后翻自卸半挂车有限元模型,总长度为9m长,满载质量不超过50吨。车架上翼板、腹板、下翼板厚度尺寸分别为10、8、12mm,网格平均尺寸取10mm。

图1 自卸半挂车有限元模型

材料参数

原结构车架的工字梁及箱体结构全部采用涟钢Q355B材料,其屈服强度为466Mpa,抗拉强度为560Mpa。

优化后的车架材料为涟钢热处理高强大梁钢LG980LE,LG980LE材料在保证14%左右的平均塑性的同时,其强度≥1000MPa。材料参数如下表1所示。


表1  车架材料特性参数

分析工况

自卸半挂车在运输过程中存在多种工况,不同工况下车架受到的载荷也不相同。本文针对半挂车在举升初始时刻、扭转、转弯工况进行分析。

(1)举升初始工况:车厢举升时,车厢底部脱离车架,整个车厢载荷由前后支座支撑。

(2)扭转工况:在通过凹凸不平路面时,会造成车轮悬空或被抬高,车架左右纵梁受载不对称的情况,考虑1.5倍的动载系数,满载时右侧第一轮悬空。

(3)转弯工况:半挂车在转弯时整车会受到侧向离心力作用,考虑0.4g的离心力作用。

分析结果

1、原结构车厢分析结果

原结构车厢采用Q355B材料,图2为在举升初始工况下车厢的应力云图、图3为变形云图。

车厢被举起时底部和车架分离的临界状态,底板骨架纵横梁交错处部分单元超过了许用应力;车厢底板最大变形发生在中间位置,最大值为40.4mm;侧板和前板变形分别为23.1mm、17.1mm。

从仿真结果来看,该工况下车厢结构基本能够满足设计要求。

图2 车厢应力云图

图3 车厢变形云图

2、车架结构分析结果

原车架大梁结构采用Q355B材料,在转弯和扭转工况下,其结构刚强度均能满足设计要求,其中扭转工况下车架应力及变形相比转弯要大,图4为车架结构等效应力云图,最大值为315.3Mpa,位于右侧车架悬架吊耳约束处附近,安全系数为1.47。

图5为车架在扭转工况下的变形云图,最大变形为4.8mm,位于车架右侧纵梁中间处。


图4 车架应力云图


图5 车架变形云图


优化后的车架大梁采用LG980LE,车架上翼板、腹板、下翼板厚度尺寸分别为6、4.5、8mm,针对扭转和转弯工况对车架进行分析,同样在扭转工况下车架变形及应力较大,优化后结构与原结构车架扭转工况下应力与变形数值对比表如下所示。

表2车架扭转工况应力与变形数值对比表


从上表可知:优化后的车架相比于原结构其应力和变形都有增大,应力值和变形值最大位置均与原结构相同(云图省略),变形由4.8mm增大到7mm,整体刚度有所降低;应力值增大到492.3Mpa,安全系数为2.05,相比原结构安全系数提高。

总  结

针对自卸半挂车进行了结构刚强度分析,对车架大梁结构利用涟钢LG980LE高强钢代替原有Q355B材料,并结合扭转和转弯工况进行了分析。

分析结果显示:采用LG980LE高强钢材料,大梁结构强度安全系数由1.47提高到2.05,实现减重303kg,车架减重20.3%,同时安全性能提高了40%左右。

高强度焊接大梁用钢LG980LE是目前用于车架最高强度,具有良好的可焊性,涟钢最薄规格可做到2.0mm,广泛用于挂车边板、防护栏、货箱、冷弯制管等,180°冷弯最小直径3a,具有良好的塑性和可成型性,另外具有良好的服役性能。

目前在中集陕汽、中集华骏、重汽华威、重汽绵专、安徽华兴等客户通过试用,深受客户信赖。


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