新西蘭機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具結(jié)構(gòu)的有限元數(shù)值模擬研究

 

    本次分析計(jì)算的機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具主要由橫向撐桿和縱向撐桿組裝而成。橫向撐桿由L50x50X6和L36X36X5的角鋼和鋼板焊接而成；縱向撐桿由L70X5的角鋼和鋼板焊接而成，材質(zhì)均為Q235―A.車體吊銷的為圓柱型，吊裝時(shí)安裝在車體底架的吊裝位置，材質(zhì)為45號鋼。

 

    機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具和車體吊銷應(yīng)能達(dá)到如下所述安全系數(shù)。（1）在108t載荷作用下，機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具的安全系數(shù)不小于1.8；（2）在27t載荷作用下，車體吊銷銷體的安全系數(shù)不小于1.6.表1列出了機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具及吊銷材料的基本力學(xué)特性：本文選用大型通用的集CAD/CAE/CAM于一體的軟件I-DEAS進(jìn)行吊具和吊銷模型的建立以及有限元強(qiáng)度分析。

 

    2.1吊具模型。由于吊具的橫向和縱向撐桿主要由不同型號的角鋼和厚板焊接而成，在有限元仿真模擬時(shí)主要采用殼單元進(jìn)行模擬，所以幾何建模時(shí)對于角鋼建立的幾何模型是面，厚板建立的幾何模型是體。對撐桿分別建立幾何模型然后組裝在一起，撐桿的幾何模型如-4所示。

 

    由于吊具具有縱向及橫向兩個(gè)對稱面，并且所受的載荷也是對稱的，因此取1/4結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。采用殼單元和四面體單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散，共劃分111314個(gè)單元和70349個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格劃分如所示。

 

    由其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)性質(zhì)可得：當(dāng)取1/4結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析計(jì)算時(shí)，約束施加在吊具結(jié)構(gòu)的對稱面上。

 

    2.2吊銷模型。車體吊銷安裝在車體底架相應(yīng)的吊裝位置，用來吊裝機(jī)車車輛。所以取出底架側(cè)梁吊裝的相應(yīng)位置和吊銷進(jìn)行接觸模擬，具體幾何模型及有限元模型如、7所示：架裝配有限元網(wǎng)格載荷27t作用在鋼絲繩與其接觸的位置；吊銷銷體與底架的接觸處設(shè)置接觸約束；在底架側(cè)梁取出的部分邊界設(shè)置固定約束。

 

    3.1吊具應(yīng)力分析。經(jīng)過有限元分析計(jì)算，機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的*大Mises應(yīng)力為129MPa，發(fā)生在端板與縱支承槽鋼的交接處，小于材料的許用應(yīng)力131MPa，節(jié)點(diǎn)的Mises應(yīng)力分布如、9示。

 

    220MPa，發(fā)生在吊銷體與底架側(cè)梁接觸處，小于材料的許用應(yīng)力221MPa，節(jié)點(diǎn)的Mises應(yīng)力分布如0所示。

 

    機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具節(jié)點(diǎn)Mises應(yīng)力云結(jié)束語在機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具設(shè)計(jì)時(shí)，采用計(jì)算機(jī)仿真模擬的方法進(jìn)行強(qiáng)度分析，可以減少設(shè)計(jì)成本和時(shí)間提高效率。由于在實(shí)際機(jī)車發(fā)運(yùn)吊裝中，吊銷和吊具在檢測時(shí)有裂紋出現(xiàn)，所以采用有限元強(qiáng)度分析可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的不足，并方便改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，避免和減少在機(jī)車吊裝試驗(yàn)中出現(xiàn)失誤的幾率。對于己有吊具，當(dāng)載重增加時(shí)強(qiáng)度是否滿足要求，能否保證吊裝安全，也可以采用這種方法來實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的校核。

 

    本文運(yùn)用I-DEAS有限元分析軟件對新西蘭機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具和吊銷進(jìn)行了有限元強(qiáng)度分析，分析結(jié)果表明在吊裝時(shí)其應(yīng)力均小于許用應(yīng)力，強(qiáng)度滿足要求，性能可靠。可以為以后的機(jī)車發(fā)運(yùn)吊具設(shè)計(jì)提供。