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发射载荷作用下履带车底盘静态强度分析

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  • 发布时间:2014-08-09
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对于履带车的鼻结构的车体,在设计中往往出现不同程度的应力集中和刚度不足,从而导致车体性能降低。

底盘是履带车行动系统的-个重要组成部分 ,某些底盘设计理念过于简化将难以得到准确的结果。为了满足履带底盘的刚强度要求,必须通过有限元的结构设计进行改进。柳 高洁 针 对 某 底 盘 的 单 扭 杆悬 挂 结 构采 用ABAQUS中的弹簧阻尼连接器模拟,对结构进行动力学仿真及优化;余红英 .3 等对某自行火炮车体进行有限元刚强度分析,其中对底盘进行有限元分析时将悬挂系统用单自由度的弹簧单元进行模拟,分析了不同射角时发射载荷作用下车体 的应力和应变 ;王长武 通过参数化建立履带板壳单元,以达到有限元建模缩短时间,降低工作量的目的。目前 ,在底盘刚强度有限元分析中的扭杆悬挂模型的建立还没有太多介绍。

本文主要对基于悬挂结构的底盘刚强度进行建模及分析,通过扭杆悬挂的经典算式和有限元仿真对比分析扭杆悬挂有限元模型的可行性,并对比两种底盘有限元模型计算结果,获得了静态发射载荷作用下底盘的应力。

1 扭杆悬挂系统的刚度特性某履带式底盘采用不同轴双扭力杆式悬挂系统,其工作原理 为:通过扭杆悬挂端支座和扭杆固定端支座安装在车架纵梁上,车辆在路面行驶或发射过程中由于底盘具有垂直方向的运动自由度,负重轮也会产生垂直方向的运动 ,与之相连的平衡肘将发生摆动,进而带动扭杆发生扭转 ,则轴向扭转刚度起弹性元件的作用。为了精确地描述发射过程中悬挂系统的弹性特征涉及到履带式底盘强度分析的准确程度,因此在建模时采用经典算式和有限元两种方法,并对其计算结果进行比较。

1-1 扭杆悬挂刚度的经典计算方法扭杆式悬挂垂直方向等效刚度的经典算式 为 :后孚· ㈩式中,0为扭力杆的最大扭转角度 ,I,为扭力杆的极惯矩 :.,竹d /32,d,f分别为扭力杆的工作直径和工作长度;G为扭力杆材料的剪切弹性模量,R为平衡肘臂长,Ot为平衡肘静止时的倾角。经典算式中各参数表示如图 1所示。

T r[7]根据扭杆弹簧的扭转刚度 k ÷ ,代人相关作者简介:张琼(1986-),女,安徽人,硕士研究生,主要研究方向是机械设计及理论。

Machine Building 8 Automation j 2013 42(4、:51~53 ·51·· 机械制造 · 张琼,等 ·发射载荷作用下履带车底盘静 态强度分析2)边界条件及载荷施加对于车体的边界条件 ,主要考虑履带车在静止时刻发射载荷作用下的刚度和强度。即静态模型,也就是说负重轮和履带板相对静止在土壤上 ,因此对土壤底面施加三个方向自由度的约束。悬挂部分的相互连接关系处理为:扭力杆的-端与-侧的扭力杆套固定,另-端为 自由端,将其与另-侧扭力杆套之间约束为相对转动关系,与平衡肘的约束为两者固定,保证两者具有相同的转动效果,即当负重轮有垂直方向的位移时,平衡肘的-端发生相对转动 ,进而带动扭力杆的-端相对固定端发生扭转。

履带的连接关系作如下处理:每个板块按照三维实体进行离散 ,相邻两块板间通过连接销模拟相互转动关系。

由于系统进行静态分析,因此每条履带与负重轮、拖带轮、主动轮以及诱导轮通过 Tie连接单元连接起来。

在发射载荷作用下,底盘的回转部分受到后坐阻力、翻转力矩、重力柑贤f生力矩的作用~某-时刻下整个车体作为-个平衡体,根据作用力与反作用力原理,将此作用力转化到车体顶板座圈处,即可分解成沿 ,y,z三个方向的作用力和力矩 J。因此,有限元分析中将分析得到的载荷值分别施加到车体顶板座圈中心处,即在座圈中心处建立载荷作用点,该作用点与座圈上侧各节点通过刚性单元均布连接,并在该作用点上施加各个方向的力与力矩。

2.2 用单自由度弹簧模拟扭力杆的底盘模型在扭杆悬挂离散模型的基础上 ,将扭力杆的自由端与其相连的平衡肘的固定约束改为两者相对转动约束,将弹簧-端固定在车体侧甲板上,另-端固定在平衡肘臂下侧的圆孔内,弹簧的倾斜度数为 45。,这样弹簧便随着负重轮的上下移动具有-个沿弹簧轴向拉伸或者压缩的位移自由度。同理 ,边界条件以及载荷施加均与基于扭力杆有限元模型相同。

3 计算结果及分析通过对以上两种有限元模型进行有限元计算,得到三种模型的应力应变云图,计算结果整理于表 1和表 2中。

表 1 两种有限元模型应力结果最大应力/(MPa) 出现位置表 2 两种有限元模型变形结果对计算结果进行分析,得到如下结论:基于扭力杆的有限元模型和用单个 自由度弹簧模拟扭力杆的有限元模型的计算结果基本-致;并且应力与应变的最大值满足要求,发生部位也基本-致。

4 结语本文建立了履带底盘的结构静力学模型,通过扭杆悬挂经典理论计算的扭转刚度与有限元计算值基本-致,为底盘结构的整体有限元建模提供了依据〃立了两种底盘有限元模型,得到底盘的应力和变形分布规律,找到了应力和变形最大值对应的部位,可为底盘结构设计提供-定的参考依据。

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