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平地機(jī)是國(guó)內(nèi)20世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的公路工程機(jī)械，現(xiàn)在已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，其中主機(jī)架作為平地機(jī)的一個(gè)重要部件，其強(qiáng)度分析和剛度分析越來(lái)越受到重視。
根據(jù)平地機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和其功能需要進(jìn)行全新設(shè)計(jì)的某型號(hào)馬力平地機(jī)的主機(jī)架是較為復(fù)雜的焊合件結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度要求在設(shè)計(jì)過(guò)程得到了充分考慮，為了減少開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期，顯著地提高產(chǎn)品質(zhì)量，在主機(jī)架的強(qiáng)度設(shè)計(jì)過(guò)程中，大量的使用了有限元分析技術(shù)，本研究利用有限元分析平臺(tái)，對(duì)全新設(shè)計(jì)的機(jī)架進(jìn)行了校核計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用成本較低的材料和選擇合適的結(jié)構(gòu)形式避免共振破壞。
平地機(jī)主機(jī)架是典型的工程機(jī)械常用的焊合件結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有Q235和Q345兩種材料類型可供選擇。利用Pro/E建模，并利用ANSYS與Pro/E的無(wú)縫連接，接口將三維模型導(dǎo)入，從而最大限度地保證模型數(shù)據(jù)的完整，三維模型以及主車架的主要約束條件如圖所示。
根據(jù)平地機(jī)的最大功率210馬力，轉(zhuǎn)向油缸最大壓力為16 MPa，在前機(jī)架和后機(jī)架鉸接處，施加59 MPa的壓力，轉(zhuǎn)向油缸鉸接處，施加46.55 MPa的壓力。駕駛室等效壓力為35 KPa。在驅(qū)動(dòng)橋的固定處施加固定約束模擬驅(qū)動(dòng)橋與主機(jī)架的螺栓連接，由于主機(jī)架本身的質(zhì)量較大，在計(jì)算過(guò)程中充分考慮了機(jī)架本身的質(zhì)量，取其密度為7850kg/m3，通過(guò)計(jì)算程序自動(dòng)計(jì)算其重心，并施加重力。使用SOLID45單元對(duì)主機(jī)架進(jìn)行網(wǎng)格剖分，模型如圖所示。
建立有限元模型是有限元分析的關(guān)鍵步驟，模型的準(zhǔn)確與否直接影響最終的分析結(jié)果。力學(xué)模型既要反映部件的主要特征，又要在保證分析精度的條件下，盡量簡(jiǎn)化模型，以加快計(jì)算速度，降低因單元異化而造成的計(jì)算報(bào)錯(cuò)，所以在建模的過(guò)程中，本研究簡(jiǎn)化零件本身的一些特征。
對(duì)有限元模型施加以上的邊界條件后，進(jìn)行靜力學(xué)分析，圖為主機(jī)架整體的應(yīng)力云圖，從圖上可以看出，整個(gè)主機(jī)架的應(yīng)力分布并不明顯，車架的最大應(yīng)力出現(xiàn)在鉸接架和厚板的連接處的后面(NODE 200)，最大應(yīng)力為128 MPa。為了更加準(zhǔn)確地反映主機(jī)架的應(yīng)力分布情況，我們對(duì)局部的單元進(jìn)行分析，圖為主機(jī)架所示的最大等效應(yīng)力處的部分單元的等效應(yīng)力。圖為鉸接架等效應(yīng)力云圖，最大等效應(yīng)力為63 MPa，它出現(xiàn)在轉(zhuǎn)向油缸的壓力線方向上。圖為后橋固定處的等效應(yīng)力云圖，最大等效應(yīng)力為54 MPa。
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