摘要：应用计算机辅助设计和有限元网格划分的技巧和方法建立有限元模型，有效地解决矿用汽车货箱结构和尺寸庞大的问题。分析矿用汽车货箱受力状态，完成具有280万个自由度的大规模有限元模型的货箱强度计算。对2种载荷方式下的货箱进行理论计算和有限元计算分析进行了比较，结果表明，2种情况计算结果比较吻合。

    关键词：货箱；载荷；ANSYS；强度

    中图分类号：TD56；THl23文献标志码：A文章编号：1003-0794(2007)03-0007-03

Abstract: With modern CAD method and smart skill of making mesh used, finite element (FE) model is established and the problem of structure of heavy truck body and large dimension are solved. The heavy truck body is analyzed with large FE model which has 2800000 DOF, and the results from theory and the element analysis are compared, and shows that the results are closed.

Keywords: body; load; ANSYS; intensity

在矿用汽车的设计中，货箱的设计比较重要，尽管它的结构比较简单，但是它主要支撑起了车的主体框架结构，起到了装载的作用。本文以CAD软件为工具，采用ANSYS软件对SAG-3723-45t矿用汽车货箱强度进行分析，货箱结构主要是由一些不同厚度的板材组成，它的结构简单，尺寸比较庞大。由于其尺寸的离散性比较大，板与板的焊接处及加强板的部位都是结构强度考察的要点。因此综合考虑各方面因素，采用三维实体单元对货箱建立模型，对重点部位进行详细地描述。

    以计算机辅助设计(CAD)软件为工具，根据设计加工图纸建立货箱的整体三维实体模型，因为考虑到货箱的结构尺寸的庞大和重要部位细节描述的必要性，将结构中不必要的环节部分忽略掉(如货箱的前沿部分、起吊座耳等)或简化处理(如货箱的加载等)。货箱的有限元离散建立在三维实体模型的基础上，考虑到结构和载荷的对称性，取结构的1/2进行分析，取结构的l/2进行离散。再利用结构的对称性生成l/2分析模型。在离散过程中将1/2的货箱进行网格划分，部分细节采用种子节点进行控制，然后组装成1/2货箱结构，这样既能保证每部分网格的质量又能保证对相应细节的详细描述，为保证分析的精度和网格划分的便利，选取10节点的四面体单元进行网格划分。图I是离散后的货箱三维模型图，图2是货箱的网格划分。

    根据矿用汽车的装卸情况及运载情况(见表1)，主要对以下2种情况的载荷方式进行计算：

    (1)装载时冲击装载方式

    第1次载荷采取一个随机冲击载荷；第2次采取3个随机冲击载荷。第1次的载荷F=10000N，第2次的载荷F=8000N。计算结果如图3、图4所示。

    (2)平装和1／2堆装方式

平装时整车的载重是45t，1/2堆装时的载重是65t。计算结果如图5，图6所示。

    根据第三强度理论，计算得出在冲击、平装和堆装的情况分别得出其最大的应力值。在冲击点处产生了最大的应力值，在平装时，在货箱的底板也产生了最大的应力值204MPa；而在堆装时，其产生了最大的应力值281MPa。

    有限元分析与理论计算结果的比较，如表2所示。

    (1)本文应用CAD和FEM技术，对矿用汽车货箱的有限元强度进行了分析，选用10节点的四面体单元进行网格划分，解决了结构尺寸庞大，细节较多，网格划分的困难，成功建立了货箱的有限元模型，有效地解决了其结构强度分析。

    (2)分析计算结构表明，新设计的SGA3723-45t矿用汽车的货箱整体强度满足GB 1591-88规范要求。对实车的理论计算结果分析说明，模型设计合理，计算结果可信。

(3)在结构设计阶段，充分应用CAD、FEM等先进的现代数字设计技术，及时发现结构的薄弱环节，有效进行结构的改进，使货箱结构设计更加合理，为车体设计提供了科学的理论依据。

参考文献：[1]王耀成，邵敏．有限元法基本原理和数值方法[M]．北京：清华大学出版社，1995．

[2]刘鸿文．材料力学[M]．3版．北京：高等教育出版社，1992．

[3]刘敬辉．双层集装箱货车超大规模有限元强度分析[J]．中国铁道科学．2004．12(6)：38—41．