在黃海牌某新型城市客車投放市場(chǎng)后，其借用的轉(zhuǎn)向過渡臂支架（成熟產(chǎn)品零件）出現(xiàn)了早期損壞現(xiàn)象，影響了產(chǎn)品的正常使用和安全行車。為此我們根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供的設(shè)計(jì)參數(shù)和載荷情況，應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了分析，以期找到是該零件借用時(shí)設(shè)計(jì)載荷校核不準(zhǔn)還是由于此批產(chǎn)品的材質(zhì)出現(xiàn)的間題。

2 CAD建模和有限元模型處理

2.1 CAD三維數(shù)模建立和數(shù)模導(dǎo)入

采用三維設(shè)計(jì)軟件PRO/E繪制該零件的三維數(shù)模，通過ANSYS軟件專用接口將CAD三維數(shù)模讀人ANSYS分析環(huán)境當(dāng)中，以便于進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和分析，模型如圖1所示。

2.2模型邊界條件和載荷處理

邊界約束條件選擇在支架與車架支撐梁連接處；根據(jù)實(shí)際零件工作狀況和方便載荷施加，采用設(shè)計(jì)者提供的最大工作狀態(tài)時(shí)方向盤傳遞過來的推拉力和輪胎承受的地面反向推拉力，依據(jù)各桿系與水平方向的夾角情況，將各力分解為水平力和垂向力，并選擇在軸銷孔處施外力。

2.3工況定義和單元選擇

根據(jù)實(shí)際使用情況將計(jì)算工況分為各桿件的反向拉伸（工況1）和對(duì)向壓縮（工況2）;本次計(jì)算采用實(shí)體單元，并忽略極小的棱角等。

3 原模型計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)

3.1計(jì)算數(shù)值結(jié)果（表1）

3.2應(yīng)力結(jié)果云圖（圖2）

3.3結(jié)果評(píng)價(jià)

原結(jié)構(gòu)采用的是ZG230-450，從計(jì)算結(jié)果來看，該模型最大應(yīng)力處在其根部，約為250 MPa，整個(gè)根部區(qū)域應(yīng)力基本都在200 MPa以上，已超過所選材料的屈服極限，在長(zhǎng)期高應(yīng)力作用下，極易產(chǎn)生疲勞斷裂，與實(shí)際損壞部位一致（說明原模型簡(jiǎn)化合理準(zhǔn)確），這是原結(jié)構(gòu)破壞的主要原因。

4 改進(jìn)設(shè)計(jì)及分析評(píng)價(jià)

4.1改進(jìn)方法

根據(jù)原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果，我們加強(qiáng)了筋板和延伸了筋板的大小，見改進(jìn)后模型。同時(shí)將材料改為ZG270-500MPa。并按上述方法進(jìn)行了重新計(jì)算。

4.2計(jì)算數(shù)值結(jié)果（表2）

4.3應(yīng)力結(jié)果云圖（圖3）

4.4改進(jìn)效果評(píng)價(jià)及建議

從結(jié)果來看，改進(jìn)效果很好，最大應(yīng)力值有很大降低，同時(shí)最大應(yīng)力值位置發(fā)生改變，由原結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生疲勞破壞的加強(qiáng)筋板根部轉(zhuǎn)移到定位銷孔臺(tái)階處。

5 結(jié)束語

由于該零件結(jié)構(gòu)本身和受力狀態(tài)不對(duì)稱，造成應(yīng)力不對(duì)稱，若能在后續(xù)生產(chǎn)中適當(dāng)增大定位銷圓孔處厚度以及將定位銷圓孔處切口改為圓弧形，應(yīng)力還可進(jìn)一步下降，效果會(huì)更好。

（轉(zhuǎn)載）