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大型矿用自卸车车架结构有限元建模研究
摘要：本文将某大型矿用自卸车的车架作为研究对象，运用有限元的方法构建有限元模型，以正常允许行驶作为边界条件，比照两种不同车架焊缝方案的数值计算结果，就数值计算结果中焊缝模型因素的影响进行了分析，以此为参照，对车架模型的准确性进行了验证。
关键词：大型矿用自卸车;车架结构;有限元方法;建模
中国分类号：TB472文献标识码：A
文章编码：1672-7053〔2021〕06-0153-02
在矿山生产中，矿用自卸车是一种非常重要的机械设备，其本身结构复杂且使用条件恶劣，对于车架结构的稳定性和可靠性有着相当严格的要求，如果车架结构设计不合理，稳定性和承载能力缺乏，那么会对大型矿用自卸车的整体运行平安造成影响。基于此，在针对大型矿用自卸车进行设计的过程中，应该做好车架架构的分析和研究。
1研究目标
以大型矿用自卸车为研究对象，借助有限元分析的方法，进行模型构建，以此来研究矿用自卸车在正常运行工况下的车架结构稳定性问题，分析全局加载下车架整体的强度和刚度。同时，基于车架实物模型，构建ADMAS动力学仿真模型，针对自卸车车架结构在制动和极限工况下的铰接点受力情况进行分析，希望能够找出车架结构中可能存在的缺陷和问题，通过优化改进的方式，提升车架结构的稳定性和可靠性【1】。
2有限元建模
有限元模型主要是运用有限元分析方法构建的模型，可以将其看做是于节点位置连接、单纯依靠节点传力，而且只在节点位置受到约束的单元组合体。借助有限元模型，可以构筑起大型矿用自卸车车架结构的模型。

大型矿用自卸车的车架主体包含两个纵梁、多个铸件以及局部大直径抗扭管件，因为在车架结构中，纵梁腹板的厚度相对于其长度和宽度要小得多，因此可以结合相应的薄壳理论，借助壳单元来完成网格的划分工作，在这个过程中必须明确，网格的类型以及连接方式会对最终计算结果产生影响。如果元件结构复杂，可以选择三角形网格，在提升分析效率的同时，能够减少网格布局的工作量，同时也可以提升模型计算精度。不过从保证收敛性的角度，应该将网格设置为线性三角形和四边形混用的形式，将三角形过渡单元的数量控制在10%左右，网格单元长度控制在10-30mm之间。一些受力较为苛刻的部位，需要做好局部网格细化，确保其能够将受力情况真实反映出来，实现对局部最大应力的精确捕捉【2】。

大型矿用自卸车在设计中，很多时候都会在应力集中位置设置整体铸件来对车架架构的应力峰值进行控制，铸件采用的是均匀材质的异形结构件，多数都可以借助六面体单元进行网格划分，局部需要设置不超过总量10%的四面体和五面体，网格单元的大小为20mm。在整体车架结构中，尾部抗扭组件受力苛刻且体积较大，需要将网格单元的尺寸缩小到10mm【3】。

大型矿用自卸车车架主体主要是焊接而成，存在大量焊缝，焊缝结构的有限元建模精度会直接影响车身整体的强度和刚度性能。而在实践中，经常出现焊缝模拟缺乏，或者无法准确预测
局部应力的情况，而且焊缝本身的形状性能与母材的差异性影响下，建模环节如果将焊缝材料忽略，那么很容易导致焊缝位置应力过大的情况。焊縫建模方式多种多样，一般情况下，可以将其与其他细节处理成相应的连接结构，完成零部件的装配。为了方便分