基于ANSYS平台的方向机弯梁强度分析

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翻新时间：2022-07-23

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基于ANSYS平台的方向机弯梁强度分析

摘要：汽车作为一种现代化的交通工具，和人们的生活息息相关。文章针对某款公交客车的方向机弯梁出现断裂这一现象，利用ANSYS仿真分析软件进行结构强度分析，获得各部位的最大应力值，分析该应力值是否满足材料的最大许用应力值，对于不满足需用应力的位置给出改进方案，为设计人员提供改进依据。

关键词：ANSYS平台；方向机弯梁；结构断裂；强度分析；改进方案文献标识码：A

ANSYS软件是由ANSYS公司开发，集结构、流体、电场、磁场、声场分析与一体的大型通用有限元分析软件，该软件可以广泛应用于航空航天、土木工程、机械制造、车辆工程、电子、造船等众多领域。

客车作为一种以运载人为目的的交通工具，其安全性一直是首要目标。传统的设计流程是先设计，接着制作样机，然后检验样机性能，发现不足后再次调整设计结构，直到使样机满足使用性能要求。现在，随着CAD、CAE软件的逐步完善，利用软件便可以完成结构的分析，从而找出薄弱环节，进行早期更改，直到满足要求。方向机是车量的转向系统，方向机支架则是整个方向机的支撑结构，方向机支架结构是否符合强度要求，直接关系着方向机能够正常工作，而方向机弯梁则是方向机支架底端与车架相连的结构，因此方向机弯梁的安全性直接关系到客车的安全性。

针对某型号客车方向机弯梁焊接位置出现断裂的现象，对弯梁整体结构的强度进行分析。采用有限元仿真分析软件ANSYS对该结构进行建模并且仿真，获得断裂位置处的应力值，与材料许用应力值进行比较，得出分析结果，在确定结构有待改进之后，给出调整方案。

方向机弯梁处使用的型材为160×60×4.5mm的矩形管，材质为WL510，屈服强度为355MPa，许用应力的计算公式为：

[σ]=δs/n

[σ]WLmax=237MPa

之后对方向机弯梁处的几个重要部件进行建模，几何模型如图1所示：

对以上的模型进行求解，求解完成进入后处理查看，节点的von Mises stress云图如图2所示：

图上得到的应力最大值处为腹板与弯梁连接位置，该位置不是重点考虑位置，所以在文中不做过多分析。文中重点分析的部位为弯梁焊接位置，即折弯部位，据图3的应力云图可知，弯梁焊接位置处应力的最大值出现在拐点处，也就是说，只要找出该位置处的应力值，即能够知道焊接位置处承受的最大应力值，拐点处的最大应力值如图4所示：

从图4中能够清楚地看到，拐点处的最大应力值为235MPa，该值与开始得到的最大许用应力相比，基本持平，也就是说，此处结构比较薄弱，如果再将焊接等工艺因素考虑进去，这里是很容易产生断裂的。

以上三种方法分别从力的源头到力具体的作用位置进行了相应的加强，但是，考虑到整体结构的最大应力值出现在腹板与弯梁的连接位置，且已经超过了材料本身的屈服强度，建议优先采用第一种方案，这样做的好处是均摊了整个结构所承受的力；其次选用第二种方案，该方案在一定程度上减缓焊接位置处的受力；如果前面两种方案由于空间限制等因素均无法实施，最后再采用第三种方案，第三种方案是在断裂位置进行加强，这样做可以在一定程度上分散断裂位置的受力情况。

本文通过有限元仿真分析软件ANSYS对方向机弯梁处的结构进行了强度分析，通过分析结果与材料屈服进行对比，找出弯梁结构处的薄弱环节，针对出现的断裂问题给出具体改进方案。文章给出了一种结构类产品开发的有益思路，可以提升开发速度，降低开发投入，为企业增产降耗做出贡献。

参考文献

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[3] 秦嵩，尹志新，张伟.基于ANSYS的某半高箱有限元分析和结构改进设计[J].装备制造技术，2010，（4）.

[4] 黄宏伟，杨绍甫，张超凡.基于ANSYS的汽车车轮可靠性分析[J].漯河职业技术学院学报，2007，（3）.