半挂轿运车后举升机构性能研究与车身有限元分析

作     者：张良萌 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：聂志峰;王运进

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：半挂轿运车 举升机构 动力学分析 有限元分析 模态分析 

摘      要：以某多功能半挂轿运车为研究对象,以该型号半挂轿运车在使用中存在的问题为研究重点。首先分析了其在举升工况下的受力情况,并结合多体动力学软件ADAMS建立半挂轿运车后举升机构动力学模型,分析问题产生的原因,并提出改进方案。然后利用ANSYS软件建立半挂轿运车车身结构有限元模型,进行了四种典型工况下的动强度分析以及自由模态分析,主要研究内容及结论如下:（1）首先通过对后举升机构的载荷分析,得到后举升机构在举升至不同高度下的受力情况,并运用ADAMS软件建立了举升机构虚拟样机模型,对其进行动力学仿真分析,通过分析找出后举升机构在中位举升阶段出现吃力、卡顿不平顺的原因。为改进举升方案,优化举升性能,提出采用后推连杆组合式举升机构代替四杆举升机构。对比分析可知,改进后举升机构对前立柱的水平作用力由55.2kN降至14.69kN,所需油缸推力为110.2kN,降低11.4%,并且启动较快,举升更平稳。为验证新举升机构的稳定性,建立了举升试验样车,进行了举升试验,进一步验证了新举升机构的可行性。（2）然后根据半挂轿运车车身结构的几何模型,运用ANSYS软件建立了半挂轿运车车身结构的有限元模型,研究模拟了结构连接的方法,对车身结构在多种极限工况下进行了动强度分析。根据分析结果对车身的强度、刚度综合评估,得出该车身在多种极限工况下的最大应力低于材料的屈服强度,满足使用要求。之后又对比分析了,采用后推连杆组合式举升机构对车身刚度、强度以及稳定性的影响,可知改进后车身结构应力和变形都有所降低,通过道路行车测试,该车身结构可以达到使用要求。（3）接着在自由状态下对半挂轿运车车身进行了模态分析,得到车身前14阶的模态振型和固有频率,通过模态分析的评价原则,对模态分析的结果进行校核,验证了车身低阶频率能够避免与发动机的怠速频率及道路的激励频率发生重叠,避免了共振发生,通过分析固有频率和振型等相关参数,了解到了该半挂轿运车动力学的不足之处。（4）最后,为了使轿运车车身在结构强度和布局上更好的满足整车的使用要求,减少设计周期和成本,在对现有车身结构分析的基础上,提出了一种全铰接式举升机构的轿运车车身结构。介绍了全铰接式举升机构车身结构的技术方案与优势,并使用ANSYS重新建立了有限元模型,分析了其静态与动态特性,并对上层平台与下车架进行弯曲刚度与扭转刚度校核。对比分析结果显示全铰接式举升机构车身结构应力分布更合理,强度更高,车身变形更小,为该类轿运车车身结构的后续研究提供良好的借鉴。