有限元分析论文写作范文(专业推荐6篇)

更新时间:2020-03-22 来源:计算机应用技术论文 点击:

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  车架作为汽车的承载基体,安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成,承受着传递给它的各种力和力矩。车架工作状态比较复杂,无法用简单的数学方法对其进行准确的分析计算,而采用有限元方法可以对车架的静动态特性进行较为准确的分析,从而使车架设计从经验设计进入到科学设计阶段。以下是我们为你准备的6篇有限元分析论文,希望对你有帮助。

  有限元分析论文范文第一篇:油罐运输车的有限元分析及优化

  摘要:为验证油罐运输车的结构强度是否满足使用要求,运用有限元仿真分析方法分别建立其弯曲、扭转、紧急制动3种工况的模型并进行了最大应力分析。结果显示,罐体结构的应力小于材料的屈服应力,在满足使用要求的基础上,采用尺寸优化分析方法减薄罐体的厚度可实现轻量化。

  关键词:油罐运输车;有限元分析;尺寸优化

有限元分析论文

  伴随着世界经济持续发展,石油、天然气的需求逐步增加,油罐车作为短途运输交通工具发挥着重要的作用。存在部分结构不合理和整车质量过重现象及潜在运输的危险性,同时使得运输成本增加。因此基于CAD/CAE技术对整车进行结构分析与轻量化设计[1],可以提高产品的科技含量,为企业以后的生产提供设计指导。

  1罐车有限元模型的建立

  1.1单元类型的选择

  罐体单元主要采用单元类型中的壳单元来划分网格,车架部分由于用梁单元不能分析应力集中问题,所以同样采用壳单元来划分车架网格,这样可以准确地得出分析结果。

  罐体的单元选用四边形壳单元(QUAD4),在几何形状复杂的位置可以采用少量的三角形单元(TRIA3)来过渡,以满足总体网格质量的要求,通常要求三角形单元占总单元数的比例不超过5%[2].罐体以及车架的单元全部为10mm尺寸单元。

  1.2罐体与车架连接方式

  罐体与前后封头、罐体与防波板以及加强板与相应连接部件之间用节点耦合的方式模拟焊接。大梁与副车架之间的连接采用ACM单元。ACM单元模拟的是一种特殊的焊接方法(AreaContactMethod),不同于刚性单元结点连接的方法。它是由一个六面体(SOLID)和RBE3(1D)单元组成,更能准确模拟焊点信息,不会增加局部的刚度。

  1.3钢板弹簧有限元模型

  由于半挂车的悬架采用钢板弹簧,为了使模型接近实际情况,采用单片钢板弹簧代替多片钢板弹簧。

  单片板簧采用壳(QUAD4)单元进行划分,卷耳销轴采用1D梁(BEAM)单元代替,将板簧的上边缘节点与卷耳销轴的对应节点通过多点约束(Mul-tiplePointConstrain)的方式进行耦合,使得板簧与吊耳之间只能发生沿卷耳轴线的相对转动。

  油罐整车模型的约束施加在钢板弹簧的中间部位,约束x、y、z3个方向的平动自由度。在有限元模型中,采用具有一定厚度的壳单元(QUAD4)模拟钢板弹簧的刚度,通过壳单元厚度的改变实现钢板弹簧刚度的变化。

  板簧A端约束x、y、z3个方向平动自由度,B端约束y、z2个方向的平动自由度,放开沿车架纵向(x方向)的自由度。在C位置施加一排均布载荷,根据公式[4]δ=F/K(1)计算出钢板弹簧的刚度,δ为C点挠度。通过调整单元的厚度改变δ,当单元厚度为36mm时,K=1420N/mm.

  对罐车各个部分结构划分网格后,通过不同的连接方式将各部分连接,建立整车有限元模型。

  2罐车静力分析

  2.1液体载荷施加

  汽油与罐体表面接触,各处压强与该处液面深度有关,假设汽油的密度是均匀的,其值为0.76×10-9t/mm3,则汽油对罐体的作用力可通过压强公式来计算。

  p=ρgh(2)式中:p为汽油在罐体某一位置的压强(MPa);ρ为汽油的密度,取值为0.76×10-9t/mm3;h为罐体某一点处的高度(mm);g为重力加速度,取值为9800mm/s2.

  2.2匀速行驶工况

  (1)载荷施加:

  载荷由结构自重2.9t和汽油的重量35t组成。

  (2)约束条件:

  在全局坐标系下,对牵引板施加x、y、z方向的平动自由度,同时约束钢板弹簧与车轴连接6个位置x、y、z方向的平动自由度。

  3尺寸优化

  3.1尺寸优化理论

  以油罐车罐体及防波板尺寸优化设计为例,设油罐车罐体及防波板的壁厚为xi(i=1,2,…,n,n为罐体及防波板的总数),罐体及防波板的体积为V(X),约束条件为应力,则车架的尺寸优化设计数学模型可表示为[5]

  求:

  X={X1,X2,…,Xn}

  T使:minV={V0,V1,…,Vn}

  满足:Ximin<Xi<Ximax,i=1,2,…,nSj≤{S10,S20,S30,…},j=1,2,…,m式中:X={X1,X2,…,Xn}

  T为尺寸优化的设计变量;V0为尺寸优化计算的体积;Ximin和Ximax分别为第i个构件厚度的约束下线和上限;Sj为第j个单元的计算应力值;Sj0为第j个单元的许用应力值;m为罐体及防波板有限元计算模型网格单元的总数。

  3.2罐体及防波板的尺寸优化

  结构的尺寸优化就是在结构拓扑确定的前提下,建立针对尺寸参数合适的数学模型,再使用优化方法来求解该模型并最终得到优化后的尺寸参数。

  另外,在尺寸优化设计的过程中,为了不使边界形状和结构的拓扑形态发生改变,只能调整一些特别规定的尺寸。

  (1)设计变量:

  将板材厚度作为设计变量,设置优化区间。

  (2)约束条件:

  结构应力小于静力分析过程中罐体承受的最大应力(140MPa)。

  (3)目标函数:

  体积最小化。

  3.3优化前后模型对比分析

  根据优化结果建立罐车3种工况下的验证模型,经过仿真分析得出优化后的罐体、防波板及车架的应力结果,优化前后罐体及防波板的应力对比。通过对比分析优化前后罐体的应力可知,优化后的最大应力没有超过材料的屈服强度,满足罐车的使用要求,证明了优化方案的可行性。

  4结束语

  通过对罐车道路行驶中的3种工况进行有限元分析可知,罐车整体及局部的应力均未超过材料的屈服应力,满足其使用要求。同时,在此基础上对罐体及防波板运用尺寸优化的方法,优化出板厚的最佳尺寸以达到减轻整车重量的目标。最后,建立了优化后的验证模型,分析结果显示优化后的应力同样满足要求。

  参考文献:
  [1]彭超。以轻量化为目标的某乘用车车身优化设计与研究[D].邯郸:河北工程大学,2015.
  [2]胡西。散装水泥车罐体有限元分析与改进[D].长沙:湖南大学,2012.
  [3]许冰,胡强,涂小春,等。白车身焊点缩减拓扑优化对车身性能研究[J].企业科技与发展,2013(13):84-86.
  [4]柴山,郭明,徐上海,等。车辆钢板弹簧悬架的有限元模型[J].江苏大学学报(自然科学版),2015,36(1):16-22.

有限元分析论文

  有限元分析论文范文第二篇:基于有限元的挖掘机平台系统仿真分析

  摘要:本文利用有限元法研究了挖掘机平台结构和回转液压仿真系统, 并提出了相应的优化策略。

  关键词:挖掘机平台; 有限元; 回转液压系统;

  近几年来, 随着我国技术的不断发展, 液压挖掘机得到了突飞猛进式的发展。而由于社会与市场的发展, 对于液压挖掘机的需求量增多, 人们对于液压挖掘机的性能要求也有所提升。这就使得对于挖掘机的结构和功能进行研究与改进成了相关技术人员的重要工作。有限元法是一种能够分析挖掘机结构强度的方式, 相比于传统的研究方法更加简单、耗时也相对较短。同时, 回转液压系统式挖掘机的重要结构系统, 对其进行研究和改进也有着重要的意义。

  1 挖掘机平台有限元分析

  1.1 挖掘机平台有限元的模型建立

  利用三维软件建立起挖掘机平台的三维模型, 然后将其倒入有限元分析的软件系统中。挖掘机平台的整体结构较为复杂, 所以需要技术人员对于其结构中包含的小倒角、小圆孔等等细微的结构进行掌握, 保证其在挖掘机平台模型的建立时不被忽略。

  挖掘机平台主要是用于承受上部的挖掘机重量以及挖掘机运行时的挖掘力, 在结构上要求其具有较高的稳定性、足够的强度等等。在建立挖掘机平台的三维模型时, 可以根据实际的情况, 在不影响结果输出的情况下对于力学建模进行简化。例如, 在建立模型时, 对于焊接的影响进行忽略, 在实际的建模中对于焊缝进行定义连接接触。

  1.2 平台上的荷载分析

  挖掘机平台在运行的时候主要承受着来自两个方向的力, 依据挖掘机平台在运行时的两种不同状态, 对于其荷载进行分析。

  第一, 最大挖掘半径及深度的工况分析。在这一条件下, 挖掘机的铲斗液压缸会发挥出最大的挖掘力。在这一条件下, 挖掘机的重心与动臂绞点的水平距离为2.095m, 重心到斗杆与动臂的交点之间的距离为0.232m。在这一条件下, 铲斗油缸的最大压力为26.5MPa, 大腔直径为0.09m, 小腔直径为0.055m, 抗压时油缸最大的力为168586N。斗杆油缸的最大压力为26.5MPa, 大腔直径为0.09m, 小腔直径为0.055m, 抗拉是油缸最大的力为105626N, 抗压时油缸最大的力为168586N。动臂油缸最大压力为26.5MPa, 大腔直径为0.115m, 小腔直径为0.065m, 抗拉是油缸最大的力为187317N, 抗压时油缸最大的力为275252N。

  第二, 挖掘机前倾失稳的工况分析。在这一情况下, 重心到斗杆与动臂交点的距离为0.116m, 重心到动臂绞点的距离为2.547m, 铲斗油缸的作用力臂为0.256m, 遥杆的作用力臂为0.349m, 斗杆油缸的作用力臂为0.484m。经过计算, 能够得出此时铲斗油缸所产生的最大挖掘力为25485N, 斗杆油缸承受的最大挖掘阻力为79516N, 动臂油缸承受的最大挖掘阻力为57123N。[1]

  1.3 结果的分析

  依照上述的平台荷载分析中得出的数据, 能够计算出在工况一的条件下, 应力最大达到了908.8MPa, 已经超过了屈服强度的极限值, 所以需要对挖掘机平台的结构强度进行有效的提升。根据有限元计算, 挖掘机平台的圆角半径难以达到需要的150mm以上。在工况二的条件下, 各处的应力最大值已经超过了阈值, 所以对于挖掘机平台结构进行改进是十分必要的。

  1.4 挖掘机平台结构的改进

  通过上述的分析结果中能够了解到, 挖掘机平台结构的强度还需要提升, 各处承受的重力最大值还需要得到提升。可以将挖掘机平台结构进行有效的调整, 改变其传统的应力分布, 实现应力最大值的有效降低。同时, 要结合提升挖掘机平台结构的强度, 才能够实现挖掘机平台结构的最优化。可以在挖掘机平台的左右立板处添加加强板, 使加强板维持在20-22mm, 并将耳板的厚度提升至25mm以上, 实现对于挖掘机平台结构的强度提升的目的。

  2 回转液压系统模型仿真分析

  2.1 回转液压系统仿真模型的建立

  依据挖掘机回转液压系统的工作原理, 在三维软件上建立起回转液压系统的仿真模型。与建立挖掘机平台的三维模型相同, 回转液压系统仿真模型的建立也要对一些结构进行简化处理。例如, 柱塞泵是挖掘机回转液压系统中的一个元件, 但是对其控制的方式与结果的输出的影响较小, 可以选择使用某一统一的控制方式, 诸如连续信号控制排量的方式, 进行系统模型的建立。多路阀的控制方式对于挖掘机回转液压系统仿真模型的最终结果输出影响也较低, 可以随意选择一种控制方式应用于回转液压系统的仿真分析中。

  2.2 回转液压系统仿真结果的分析

  经过分析, 得出回转液压系统仿真模型的压力峰值为19.4MPa, 最大压力波动为11.1MPa。而试验的马达进出口压力的峰值在19.1MPa, 最大压力波动为11.1MPa。[2]不同转动惯量下, 压力也会随之改变, 经过数据分析能够得出, 在制动的过程中, 转动惯量越大, 回转液压系统的压力波动就越小。

  2.3 回转液压系统的优化与改进

  由于回转液压系统制动的过程中, 压力波动会随着转动惯量而改变, 所以想要实现回转液压系统的优化, 就要针对这一问题进行改进。可以通过并联阻尼口的方式来实现压力的稳定。阻尼口的安装工艺简单, 成本也相对较低, 是一种性价比较高的回转液压系统的优化方式。阻尼口的并联能够使得马达的开关随着进口压力的改变而改变, 在弹簧室的压力油推动着提升阀向右侧移动时, 阻尼口就会被封闭, 这样就使得压力油全部进入回转马达中。而当回转马达停止运行时, 提升阀则会向左侧移动, 使得压力油在B口产生压力。利用回转装置, 能够保证在这一状态下两个油口的流量保持平衡, 有效避免了逆回转的产生。

  3 总结

  综上所述, 挖掘机平台有限元分析及回转液压系统仿真研究对于了解挖掘机结构强度, 提升其性能有着重要的作用。本文利用有限元法分析了挖掘机平台结构以及回转液压仿真模型, 并根据其结构弱点提出了加大平台强度、并联阻尼口的优化策略, 为相关工作人员提供参考。

  参考文献
  [1]张洋, 张东杰, 张聪聪, 郑华, 孟启星.液压挖掘机回转平台有限元分析[J].建筑机械, 2014 (05) :81-84.
  [2]陆军坊.挖掘机平台有限元分析及回转液压系统仿真[D].西南交通大学, 2008.

本文来源:http://www.rjdtv.com/jisuanjilunwen/3535.html