第1页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共12页有限元工具在中集车辆产品开发中的应用作者：中集车辆集团龚友摘要：根据中集车辆集团多年来的经验，本文对使用有限元对半挂车产品进行仿真分析进行了总结。实践表明：有限元工具对中集车辆产品的开发具有重要作用。关键词：半挂车；有限元1前言1.1有限元在国内半挂车行业应用现状国外大的汽车制造厂家对有限元工具的应用已经非常成熟。但由于市场相对较小，国外对半挂车行业并不是非常重视，半挂车企业规模也相对较小，所以有限元工具的应用也并不十分广泛。在国内半挂车行业，有限元工具的应用则很少有。一些院校偶尔为企业做过有限元计算。从七十年代开始，已经有人开始使用有限元计算车架的刚强度[5]。但在九十年代前，由于软硬件的客观条件，半挂车的基本上局限于使用梁单元进行模拟[8]。从九十年代后半期开始，随着我国高性能微机的普及和国外商业软件的大量进入，国内的半挂车研究和分析人员逐渐过渡到使用板壳单元和实体单元[10]。进入二十一世纪，商业软件如ANSYS、MSC/NASTRAN、Algor等在国内院校和企业得到广泛应用[11]，对半挂车的分析越来越精细。随着中集车辆集团在国内半挂车行业的迅速崛起，中集对有限元工具的应用也基本代表了国内半挂车行业的水平。目前中集有限元分析覆盖了从静态到动态，并涉及结构疲劳分析，同时拥有对国际流行的厢式半挂车的分析能力。1.2中集车辆集团有限元应用现状中集车辆事业从上世纪末秘密研发开始，到2002年正式投产进入专用车领域，至今已快速成长为年产值几十亿的国内最大的专用车制造商。在这其中，半挂车是最大的一部分，由于中集在集装箱上的优势传承，一开始就紧跟国外市场，可以说技术的起点相当高，但同时也对先进结构的技术把握提出了更高的要求。此前，，国内半挂车企业一般第2页共12页第1页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共12页是按照经典的材料力学进行强度较核。对日益复杂的半挂车来说，已经不能通过几个经典公式反映结构的各方面性能，尤其是对局部的应力集中等情况基本束手。这种情况下，先进的有限元工具就表现出了其强大的功能。中集从2000年开始买入ANSYS/Structure，后来又陆续购进ANSYS/Mechanical模块、显式有限元软件LS-DYNA和Fe-safe疲劳分析软件。同时，考虑到设计工程师的需要，还购入了Workbench快速分析模块。目前，还有更多的有限元软件被考虑中。中集车辆的所有车型都经过了有限元分析，解决了大量的现实问题。从投标、概念设计、设计校核到结构优化和故障处理，处处可见有限元的身影。2正文2.1半挂车有限元分析分类半挂车的有限元分析应用涉及从整车到零部件的各方面，根据我司多年来的应用经验，按工况和结构主要可以分为以下几类：（1）整车a)弯曲，又分为垂直弯曲和横向弯曲。b)模态。c)瞬态冲击。（2）零部件a)大梁垂直弯曲。b)端横梁横向弯曲。c)牵引板疲劳。d)连接件变形。e)保险杠破坏试验。f)立柱扭转。g)复合材料板承载能力。h)焊逢应力。第3页共12页第2页共12页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共12页由于半挂车种类繁多，各种类之间差异较大，这里仅就各类半挂车较通用的工况和结构进行例举，下面就各分析类进行说明。2.2整车分析图1为厢式半挂车垂直弯曲工况的分析结果。图1厢式半挂车垂直弯曲工况的分析该厢式半挂车是发达国家物流运输的主流车型，整车质量轻，承载能力强。主要是其设计思想先进，车身承载，底架无大梁。因此该类车的设计必须考虑整车的抗弯性能抗扭性能，这不同于其他类型的半挂车，因为其他类型的半挂车一般只需考虑底架的抗弯性能就可以了。所以厢式半挂车需要分析静载弯曲、扭转和模态。原始设计时该车使用的材料是国外进口的超高强度钢，我司在对整车的抗弯性能抗扭性能进行全面有限元分析的基础上，大胆采用国产的普通高强度钢进行材料替代，每台车节省了数千元的成本，也降低了零件冲压加工的难度。进一步的轻量化设计使该车整车质量降低到6吨以下，而目前国内其他厂家的厢式半挂车的质量还在...
