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基于CATIA的客車支架強度CAE分析

發布于:2022-10-27 20:03
CAE

      CATIA是一款強大的三維建模軟件,在飛機和汽車行業得到廣泛應用。隨著有限元分析在機械設計中的作用越來越重要,CATIA有限元分析模塊也獲得了較快的發展,其有限元分析模塊完全可以滿足一般機械設計有限元分析的要求。運用CATTA可以將三維設計和有限元分析同步完成,避免了不同軟件之間的相互轉換,方便了操作。隨著市場對LNG車輛需求的增加,對整車氣瓶的安裝位置和氣瓶支架的結構設計提出了要求。本文采用CATIA軟件對一中型客車氣瓶支架的結構設計進行靜強度CAE仿真分析。
      氣瓶安裝在整車中部車架右側位置。初步設計使用兩套氣瓶支架固定于車架縱梁上,氣瓶安放于兩套支架上面。
      支架和車架縱梁之間使用螺栓固定,緊固后基本沒有相對運動。為了方便分析,減少計算量,在應用CATIA進行有限元靜應力分析時,使用“扣緊連接特(Fastened Connection Property)模擬氣瓶支架的連接特性。在“扣緊連接特”添加前需要建立結合而之間的“通用連接(General Analysis Connector)”作為“扣緊連接特”的添加承載基礎。
      氣瓶支架采用四而體實體單元進行有限元網格劃分。氣瓶在加滿燃氣后總質量約為405 kg。根據工程經驗,采用1.5倍的安全系數,即對氣瓶質量進行1.5倍放大處理。在兩套支架上采用均布力來模擬氣瓶重力對支架的作用。
      從靜強度分析結果可知,支架的最大應力為267.2MPa,已經大于材料屈服極限245 MPa;支架的最大位移為11.28 mm。該位移過大會造成氣瓶歪斜,影響氣瓶的正常使用。根據仿真結果可以確定,該初步設計方案不能滿足使用要求。
      為了減少支架的最大應力和變形位移,在支架與車架縱梁之間添加支撐,同時將兩個支架通過連接支架連接在一起,最后使用連接支架將氣瓶支架與車身側圍相連在一起。這樣整個支架的支撐點就有縱梁和車身側圍前后三處。
      由分析結果可得,最大應力為87.43 MPa,遠小于材料屈服極限245 MPa;最大位移為2.33 mm。該位移對氣瓶平衡性基本不會產生影響。由此可知,優化后的結構滿足設計要求。為了進一步分析改進后的支架結構強度能否滿足使用要求,在整車振動、制動和轉向三種極限工況下對其進行有限元分析。在X,Y,Z三個方向分別加載加速度場來模擬振動、制動和轉向三種工況。
      由分析結果可知,三種工況下的最大應力遠小于245 MPa,最大位移沒有超過3 mm。改進后的懸置支架結構強度完全可以滿足振動、制動和轉向三種極限工況的使用要求。
      本文介紹了使用CATIA軟件進行中型客車氣瓶支架結構設計和分析的一般過程。使用CATIA軟件可以將結構的三維設計和有限元分析有效地結合在一起,做到設計和分析同步,并且設計、分析在同一個軟件中進行,可以避免因為模型文件的轉換而產生的誤差和工作時間的損失。同時也降低了產品設計的盲目性,為產品的開發提供了理論依據,節約了成本,縮短了開發周期。


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