ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮＯ．１，２００７
通过对车载散装粉粒物料运输车在各种运输工况及卸料原理进行分析，运用ＡＮＳＹＳ对其进行应力分析和结构改进分析，达到降低罐体自重１５％，均匀合理分布载荷，加强罐体结构刚度，提高材料利用率，降低生产成本的效果。
１有限元模型的建立
以目前的粉粒物料运输车（图１）为分析对象建立有限元模型，罐体大梁与汽车大梁是通过柔性连接的（之间有橡胶和螺栓、弹簧柔性连接），汽车大梁结构变形对罐体内部结构的影响可简化作为对罐体支座局部附加力考虑。考虑到罐体全部由钢板焊接而成，其结构和受力特点，选取三维４节点四边板壳单元，即ＡＮＳＹＳ中的ｓｈｅｌｌ６３弹性壳单元［３］。材料特性取弹性模量：
ｅ＝２１００００ＭＰａ；泊松比：μ＝０．３；密度：ρ＝７．８５
Ｅ－６ｋｇ／ｍｍ３；屈服极限：σｓ＝２３５ＭＰａ；抗拉强度：σｂ＝３７５～４６０ＭＰａ。ＡＮＳＹＳ模型选用面的边长尺寸３０ｍｍ，线边长尺寸３０ｍｍ划分单元网格，共有２００００多个单元和１００００多个节点，
见图２。
２多工况有限元分析
车载散装粉粒物料运输车主要用来运输粉粒物状的物质，本文以常见的水泥为装载物进行分析，一般取水泥密度均值
１２５０ｋｇ／ｍ３，由于水泥为非流体物质，它不像水那样密度不受高
度影响，密度会随着高度而发生衰减
（图３），但在整体高度变化不大时可以取水泥密度不变，用梯度法进行加载。
３结构自重有限元分析
自重工况指结构不装水泥，仅承受结构自重载荷，对该工况进行分析主要是为了验证模型建立的准确性，计算结构的位移和应力结果如下：
结构最大位移值为０．１６ｍｍ，发生在罐体顶部中段位置，位移分布云图，见图４。
最大复合应力值为７．４１９ＭＰａ，发生在纵梁后段与罐体相惯尖角处，应力分布云图见图５，数值都很小。
真皮座椅
车载粉粒物料运输车罐体ＡＮＳＹＳ有限元分析及结构改进
李旭俊钱志超莫庆煌
（广西柳州运力专用汽车股份有限公司广西柳州５４５００５）
摘要：采用ＡＮＳＹＳ有限元分析技术，模拟车载散装粉粒物料运输车罐体在各种工况下工作时的受力状况，并进行结构强度分析，确定了各部位的应力分布和局部应力集中点，结合实际情况对其进行结构改进，加强了强度，大幅度的降低罐体自重及制造成本。
关键词：有限元分析；罐体；结构改进；ＡＮＳＹＳ中图分类号：ＴＢ１１５
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－５４５（２００７）０１－００２６－０３
收稿日期：２００６－１２－０１
作者简介：
李旭俊（１９７９－），男，助理工程师，从事专用汽车结构设计与开发；钱志超（１９７７－），
二手汽车功放
男，广西平乐人，助工，主要从事专用汽车研发工作；莫庆煌（１９７２－），男，广西横县人，助工，主要从事专用汽车研发工作。
图３
ｈ高度
０
ｐ水１０００ｋｇ／ｍ
３
ｐ水泥１２５０ｋｇ／ｍ
３
图１
图２
图４
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图５
２６
《装备制造技术》２００７年第１期
该工况１／２结构ｙ方向支反力之和为２２７８８Ｎ，可求得整个结构自重为４．６５０６ｔ。实际结构自重４．８ｔ相差约为３％，说明所建模型与实际结构接近可以用于下一步分析。
３．２额定载荷水泥静载
水泥静载工况，即：罐内装满水泥，车体静止不动，结构只承受水泥重力载荷的作用，取水泥平均密度１．２５×９．８Ｅ－６
Ｎ／ｍｍ３。由下自上进行梯度加载，分析结果为：凌志 雷克萨斯
结构最大位移值为３．９８４ｍｍ，发生在滑料板上，位移分布云图见图６。
结构最大复合应力值为１２６．６７６ＭＰａ，发生在滑料板与多孔板连接处，滑料板与多孔板连接处应力值比较大，都在１００ＭＰａ以上，滑料板与筋板连接处应力值从单仓中部开始往两侧呈现由
小到大的趋势，隔仓板与多孔板、罐壁中部连接处都存在较大复合应力分布云图见图７（ａ）（ｂ）。
图７（ａ）
图７（ｂ）
该工况１／２结构ｙ方向支反力之和为０．１８７４６Ｅ６Ｎ，由水泥密度可反推，求得罐体容积为３０．６０８Ｍ３，所装水泥净质量为３８．２６ｔ，与实际情况相符合，可进行下一步分析。
３．３行驶惯性载荷
行驶惯性载荷工况指罐内装满水泥，水泥车在行进中，考虑颠簸和急刹车引起的水泥与结构惯性载荷的极端危险情况的叠加。设向下过载２ｇ，向前过载１ｇ同时作用，分析结果为：结构最大位移值为１７．３４７ｍｍ，发生在中间隔仓板上，滑料板变形较大分布云图见图８。
结构最大复合应力值为７１１．２２５ＭＰａ，发生在中间隔仓板与罐壁中部，其他大应力点都集中在前仓筋板、滑料板、滑料板与隔仓板连接处及多孔板上，复合应力分布云图见图９。
图８
３．４充气卸料载荷
本工况模拟水泥充压卸载时载荷情况，滑料板与多孔板以下气舱内加压０．２ＭＰａ，由于多孔板帆布阻隔，滑料板与多孔板以上的料仓内压力减少为０．１８５ＭＰａ，料仓内还由于水泥自重，实际压力沿多孔板法线方向向上递减。计算如下：结构最大位移值为３．０５７ｍｍ，发生在罐体中部，位移分布云图见图１０。
结构最大复合应力值为３０１．３３９ＭＰａ，发生在滑料板拼板与封头隔仓板接触点见图１１。封头内圈，中间隔仓板与罐壁连接处，封头隔仓板与封头相贯处应力较大，复合应力分布云图见图１１。
图１０
图１１
４改进分析
从以上计算结果可知，出现大应力值的主要集中在筋板与滑料板连接处、滑料板与隔仓板连接处及多孔板上，滑料板与筋板连接处应力值从单仓中部开始往两侧呈现由小到大的
图６
图９
２７
ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮＯ．１，２００７
趋势，在极度危险的工况下中间隔仓板与罐壁连接节点最大复合应力ｖｏｎＭｉｓｅｓ为７１１．２２５ＭＰａ超过材料屈服极限，但这种情况发生的概率很低。卸料的情况下仅发生在滑料板拼板与封头隔仓板接触点，最大复合应力值为３０１．３３９ＭＰａ超过材料屈服极限２３５ＭＰａ，需要进行结构改进。
５结构改进
取消侧滑料板筋板，把左右两侧滑料板总成连成整体，形成多仓结构，类似于轮船船舱，达到加强罐体底部刚度及强度的效果，如图１２，分析后仅一处最大ｖｏｎＭｉｓｅｓ应力值σ＝１９２，其他都在１８０的许用应力之下（安全系数取１．５左右），最大位移小于５ｍｍ，改进后进行分别进行行驶惯性载荷，充气卸料载荷有限元分析，得到的应变应力分析云图如图１３￣１４为改进后行驶惯性载荷结构位移云图，图１５为充气卸料结构复合应力云图，经过改进后罐体自重下降１５％左右。
图１４
６结论
改进后的罐体在行驶惯性过载、充气卸料载荷两种关键工况下，最大复合应力为１９２ＭＰａ，小于材料的屈服极限
２３５ＭＰａ，在行驶惯性过载的情况下侧滑料板和多孔板隔仓板
等关键位置复合应力都小于许用应力１８０ＭＰａ，与原结构相比
应力分布均匀合理，材料性能利用充分，结构合理可行。
试制试验车通过了满载紧急制动，长途运输，颠簸路面过载，崎岖山路侧倾，高塔卸料等试验，与分析结果相符，结构改进后，节约了材料成本，罐体自重降低了１５％，运用ＡＮＳＹＳ对罐体进行的分析为其结构设计提供了一定的理论依据。
参考文献
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Ｂｏｄｙ
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图１３
图１２
图１５
２８汽车大梁