基于hyperworks的全向侧面叉车车架结构有限元分析

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1、Altair2010HyperWorks技术大会论文集基于HyperWorks的全向侧面叉车车架结构有限元分析袁正陈先成汪谟清安徽合力股份有限公司摘要:利用CAD软件对全向侧面叉车车架进行实体建模,并将模型导入AltairHyperWorks软件中。在HyperMesh模块中建立有限元模型并进行多工况静力学分析。以壳单元为基础单元，建立采用梁单元和RBE2刚性单元焊接方法的车架有限元模型，分析车架的强度及刚度，为全向侧面叉车车架的设计提供参考数据。关键词：侧面叉车，车架，有限元，HyperWorks引言全向侧面叉车（以下简称全向侧叉）

2、可以全方位转向,门架横向移动,侧面装卸货物,适用于场地窄长区域作业。全向侧面叉车车架是整车的主要承载部件,其结构影响到整车性能。由于门架安置在车架的中间部分,在装卸货物时,门架做侧向移动,故在车架的载货平台中间部分挖去门架工作所需要的空间，由于门架的落地高度有限制，将使得在挖空部位想局部加强是比较困难的，这些因素将严重的影响到车架的强度和刚度。因此,车架的结构设计、强度及刚度计算分析非常重要。本文以某型全向侧叉车架为例进行有限元分析，为了提高车架的整体强度和刚度，车架设计采用了框架和侧蒙皮承载相结合的侧板承载框架式车架结构设计，即车架

3、内部采用框架结构，外围采用蒙皮侧板结构，外蒙皮和框架焊接起来承载重量。为了提高车架的扭转强度，在车架后部采用了多块加强板。1车架有限元模型的建立有限元模型的建立是有限元计算的基础,也是能否得到精确计算结果的关键,本文有限元模型程序主要包括以下几个部分:导入模型、几何清理、有限元模型和多种工况约束条件的建立及载荷步的施加。1.1实体模型的导入及几何清理：本文所用的全向侧叉采用Solidworks进行实体建模，将模型转换成step文件，并导入HyperMesh中，然后对导入的模型进行几何清理。半径为5mm以下的孔、过渡圆角或倒[2]角以及

4、2mm以下的搭接边上的凸台等可以被清理。-1-1Altair2010HyperWorks技术大会论文集HyperMesh软件中有很强大的几何清理能力。在模型导入后，抽取中面时部分面有可能破损或者变形，这就需要HyperMesh的几何清理工具进行几何清理和几何修补，以便得到很好的几何形状。几何清理后的整体车架的实体模型如图1所示。图11.2有限元模型1.2.1全向侧叉车架有限元模型处理整体方法由全向侧叉车架整体结构特点，其有限元模型处理方法归纳如下：[1]1、全向侧叉车架的外蒙皮以及很多的加强板都是由板结构组成，适用壳单元模拟；2、零件

5、之间的焊接，采用刚性单元（RBE2）连接或共节点方式处理[5]；3、零件之间的螺栓连接，采用2个刚性单元（RBE2）分别连接螺栓孔，利用梁单元[2]（CBEAM）连接这两个刚性单元；4、悬架机构按照实际情况加入在有限元模型中，因为，如果将约束条件加在与悬架连接的车架上的螺栓孔处，不能反应真实的约束关系，并且约束的位置将发生改变，这对计算结果是有影响的。因此，将悬架机构按实际装配位置加入，并且拉杆、轮胎固定轴等均采用梁单元（CBEAM）进行模拟；5、槽钢与槽钢固定板之间采用（RBE2）刚性单元分别建立，然后通过梁单元（CBEAM）模拟焊

6、接区域；6、作用在车架上的零件的重量（如油箱、防爆箱、蓄电池等）通过在作用位置添加质量来模拟（MASS）；7、门架滑道上的受力采用将力加载在所在位置的单元节点上。8、在整车工作时，轮胎存在偏斜受力，轮胎偏斜受力时，对于轮轴而言，采用释放同一侧两个轮胎的轮轴方向的约束进行模拟，固定另一侧轮胎的该方向约束。-2-2Altair2010HyperWorks技术大会论文集1.2.2全向侧叉车架有限元模型图2全向侧叉车架有限元模型如图2，该有限元模型车架的受力标记显示的是货物托盘在车架前端的情况，后端情况后面将进行叙述。1.2.3特殊处理的网格

7、划分及网格质量检查与调整图3图4槽钢与槽钢固定板之间的焊接，用RBE2单元和梁单元共同模拟，如图3所示。焊接梁单元的横截面采用圆环，与实际情况吻合。悬架的有限元处理如图4所示。网格具有理想的形状时，计算结果最好。而实际划分的网格不可能一次性都达到理想形状，那么计算结果将会受到较大的影响，所以对网格质量的检查显得尤为重要。网格质量检查包括：单元扭曲度、翘曲度、长宽比、雅可比等诸多项目的检查。检查后对网格及相关模拟单元进行调整，主要是对质量不高的网格进行局部网格重新划分或作其他处理。-3-3Altair2010HyperWorks技术大会

8、论文集1.2.4模型材料及强度、刚度评判标准模型材料参数如表1：表1模型材料参数零件材料型号材料屈服极限/MPa强度评判/MPa框架Q345345230蒙皮Q345A345230其它Q235A2351563材料杨氏模量/