четверг, 9 января 2014 г.

Исследование каркаса кузова гусеничного вездехода



В данной статье описано исследование каркаса кузова гусеничного вездехода, в частности расчет на прочность для разных поперечных сечений профилей рамы вездехода, расчет собственных частот и соответствующих им форм колебаний.

Рисунок 1 – Коммунальная машина SW 4S

Для выполнения поставленной задачи необходимо последовательно:
  • Построить раму вездехода в CAD-системе;
  • Создать конечно-элементную модель рамы;
  • Провести расчет на прочность для разных поперечных сечений профилей рамы, а так же анализ собственных частот и соответствующих им форм колебаний.
В таблицах (таблицы 1, 2) представлены технические характеристики вездехода и установленного на нем двигателя.

Таблица 1 – Технические характеристики исследуемого вездехода

Таблица 2 – Характеристики двигателя Perkins 1104D-E44T

Трехмерная модель вездехода разработана по образцу уже существующей всесезонной машины на гусеничном ходу SW 4S (рисунок 1), которая используется в целях решения широкого спектра задач в рамках коммунальных нужд. Для построения трехмерной модели в данной работе использован SolidWorks 2012. В этой же системе, основываясь на модели вездехода, создана трехмерная модель рамы вездехода (рисунок 3), представляющая собой единую конструкцию сварных профилей.

Рисунок 2 – Трехмерная модель вездехода в SolidWorks 2012


Рисунок 3 – Трехмерная модель рамы вездехода SolidWorks 2012

Для проведения расчетов и сравнения результатов в процессе решения поставленной задачи использованы такие программные комплексы как ANSYS и FEMAP. В обеих системах по координатам, взятым из трехмерной модели, построены точки, соответствующие узлам балочной конструкции рамы. Точки объединены в линии, образующие контур рамы вездехода.
Для всей рамы использован стандартный материал из библиотеки материалов Femap – AISI 4340. В Ansys на этом этапе с помощью меню Element Type определяется тип конечного элемента. Соответствующие AISI 4340 свойства материала задаются с помощью специального меню Material Props.
Поскольку рама состоит из профилей разной толщины, создается несколько видов сечения:
  • Квадратное 30х30 мм,
  • Квадратное 45х45 мм,
  • Круглое 30х30 мм,
  • Круглое 45х45 мм,
При этом балкам, напряжение в которых предполагается большим, чем в остальной конструкции, присваиваются свойства с большим поперечным сечением.
Готовые КЭ модели изображены на рисунках (рисунки 4, 5).
Общее количество узлов – 1099.

Рисунок 4 – Конечно-элементная модель в Femap

Рисунок 5 – Конечно-элементная модель в Ansys

Так как проводится лишь расчет рамы, то места крепления подвесок фиксируются по всем степеням свободы. Также необходимо приложить нагрузку к модели для имитации груза на ней. Для этого на балках, поддерживающих двигатель, выбирается четыре узла, соответствующих креплениям двигателя, и в отрицательном направлении по оси Y прикладывается нагрузка, имитирующая вес двигателя – по 1100Н на каждый узел. Точно так же в четыре узла прикладывается вес кабины – по 800Н на каждый узел. Рама с приложенными нагрузками изображена на рисунках (рисунки 6, 7).

Рисунок 6 – Рама с закреплениями и приложенными нагрузками в Femap

Рисунок 7 – Рама с закреплениями и  приложенными нагрузками в Ansys

Для анализа результатов сравниваются полученные значения в программных комплексах Femap и ANSYS. Результаты статического и модального расчетов приведены в таблицах (таблицы 3, 4). Для наглядности расчетов, ниже приведены эпюры перемещений, эпюры напряжений и деформированные состояния конструкции на первой частоте, построенные в Femap и ANSYS (рисунки 8 - 13).

Таблица 3 – Результаты статического расчета

Рисунок 8 – Перемещения (Femap)

Рисунок 9 – Перемещения (ANSYS)

 Рисунок 10 – Напряжения (Femap)

Рисунок 11 – Напряжения (ANSYS)

Таблица 4 – Собственные частоты



Рисунок 12 – Собственная форма первой частоты (Femap)

Рисунок 13 – Собственная форма первой частоты (ANSYS)


В результате проведенных расчетов можно сделать вывод, что форма поперечного сечения профиля для данной рамы существенно не влияет на изменения в результатах расчетов. Использованные площади поперечных сечений обеспечивают необходимую прочность конструкции.
Максимальные напряжения и перемещения конструкции, которые были получены в результате проведения расчетов, не превышают допустимые.

Ссылка на презентацию

Спасибо за внимание.

Комментариев нет:

Отправить комментарий