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拖鉤是一種為方便車體進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境損壞后，借助外力走出困境的安全保護(hù)裝置。所以，拖鉤及其安裝板都應(yīng)該具備足夠的強(qiáng)度，所以需要對(duì)拖鉤進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度分析，以使車體盡快脫離險(xiǎn)境。通常，根據(jù)安裝方式的不同，可以將拖鉤分為擰緊式結(jié)構(gòu)和焊接式結(jié)構(gòu)2種。
有限元分析法是根據(jù)變分原理求解數(shù)學(xué)物理問題的一種數(shù)值計(jì)算方法。它實(shí)際上是一種離散化方法，將彈性連續(xù)體劃分為有限小單元，它們?cè)谟邢薰?jié)點(diǎn)上互相連接。在一定精度要求下，對(duì)每個(gè)單元用有限個(gè)參數(shù)來描述它的力學(xué)特性，而整個(gè)連續(xù)體的力學(xué)特性可以認(rèn)為是這些小單元力學(xué)特性的總合，從而建立連續(xù)體力的平衡關(guān)系。以某轎車拖鉤為例，本研究對(duì)拖鉤有限元模型的建立作詳細(xì)說明。
拖鉤安裝在副車架上，根據(jù)從UG中得到的三維數(shù)模，劃分網(wǎng)格，建立有限元模型。有限元模型的建立需要注意以下幾點(diǎn)：C1副車架為扳金件，采用PSHELL殼單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，拖鉤采用實(shí)體單元HEX8來模擬，單元的尺寸控制在3-5mm左右，其中，副車架與拖鉤焊接的位置網(wǎng)格需要細(xì)劃，單元尺寸控制在2-3mm左右。網(wǎng)格單元由疏到密的區(qū)域，過渡要盡量自然，單元尺寸變化不能太大，對(duì)于拖鉤和副車架焊接的區(qū)域，網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)要盡量對(duì)齊。采用rigid剛性單元模擬副車架與拖鉤之間的二氧化碳保護(hù)焊接，副車架扳金件之間的點(diǎn)焊采用焊接單元模擬彈塑性分析中的主要問題。
由于本研究需要使用ABAQUS非線性算法計(jì)算零部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，屬于金屬材料的彈塑性分析，ABAQUS默認(rèn)的塑性材料應(yīng)用金屬材料的經(jīng)典塑性理論，采用Mises屈服面來定義各向同性屈服。金屬材料的彈塑性變形行為可以簡(jiǎn)述如下：在小應(yīng)變時(shí)，材料性質(zhì)基本為線彈性，彈性模量E為常數(shù)，應(yīng)力超過屈服應(yīng)力后，剛度會(huì)顯著下降，此時(shí)材料的應(yīng)變包括塑性應(yīng)變和彈性應(yīng)變2部分，在卸載后，彈性應(yīng)變消失，而塑性應(yīng)變是不可恢復(fù)的，如果再次加載，材料的屈服應(yīng)力會(huì)提高，即所謂的加工硬化。材料的彈塑性行為，如圖所示。
在ABAQUS中定義塑性材料參數(shù)的方法是：按照公式，將單向拉伸或壓縮試驗(yàn)得到的名義應(yīng)力和名義應(yīng)變數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為真實(shí)應(yīng)力和塑性應(yīng)變，然后在ABAQUS/CAE或INP文件中給出一系列由真實(shí)應(yīng)力和塑性應(yīng)變所構(gòu)成的數(shù)模點(diǎn)，ABAQUS將自動(dòng)在各數(shù)據(jù)點(diǎn)之間進(jìn)行線性插值。在彈塑性材料上施加載荷時(shí)需要注意，如果此載荷會(huì)造成很大的局部應(yīng)變(使用點(diǎn)載荷時(shí)尤其容易出現(xiàn)此類問題)，就可能造成收斂問題。因此，需要注意，在設(shè)置關(guān)鍵詞關(guān)PLASTIC的塑性數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)該讓其中最大的真實(shí)應(yīng)力和塑性應(yīng)變大于模型中可能出現(xiàn)的應(yīng)力應(yīng)變值。
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