摘要：傳統(tǒng)的汽車衡臺面結(jié)構(gòu)和剛度分析方法是把汽車衡秤臺簡化成一簡支梁，因其模型過于簡化，存在計算結(jié)果可靠性差、無法進行局部應力及應變分析等缺點。本文利用ANSYS有限元分析軟件，對SCS系列汽車衡秤臺進行分析。在實體建模的基礎(chǔ)上對剛度進行校核，重點對汽車衡超載時進行極限承載校核，得出超載時強度指標也應成為主要校核指標的結(jié)論，并給出合理的改進建議，為汽車衡的設(shè)計與生產(chǎn)提供有價值的參考。
關(guān)鍵詞：ANSYS；有限元分析；汽車衡；剛度；強度

引言

近年來，作為大型稱重計量設(shè)備的汽車衡越來越廣泛地應用于工礦企業(yè)、交通運輸、港口、倉庫等各個部門。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，運輸車輛類型不斷增多，裝載能力不斷提高，這就對汽車衡的承載能力提出了更高的要求[1]。

傳統(tǒng)的汽車衡臺面結(jié)構(gòu)和剛度分析方法是把汽車衡簡化成一簡支梁，這種簡化方法計算簡單，在汽車衡行業(yè)的設(shè)計和校核計算中曾廣泛采用，但這種建模方法也正是因為模型過于簡化而導致最終結(jié)果的不可靠。隨著計算機技術(shù)的日益發(fā)展和廣泛應用，有限元分析方法逐漸成為結(jié)構(gòu)力學分析中強有力的工具。

著名的ANSYS軟件是目前廣泛應用的大型的以有限元分析為基礎(chǔ)的CAE軟件。利用ANSYS，建立SCS系列汽車衡秤臺中節(jié)的三維實體模型，以期在更加符合實際條件的模型基礎(chǔ)上對秤臺的剛度和強度進行精確校核，并提出合理的改進建議。

1秤臺結(jié)構(gòu)尺寸、校核指標及受載狀況

1.1SCS-50系列汽車衡秤臺結(jié)構(gòu)分析

為制造加工、運輸及安裝方便，SCS-50系列汽車衡秤臺采用三臺面搭接結(jié)構(gòu)，利用中節(jié)上的托板和兩邊端節(jié)上的搭板搭接在一起。其主要技術(shù)參數(shù)為：

1）稱量重量：50t。
2）稱量方式：靜態(tài)整車計量。
3）臺面總體結(jié)構(gòu)尺寸：15m×3m×0.3m。
4）傳感器數(shù)量：8只。

其中，SCS-50系列汽車衡中節(jié)由縱向6根槽鋼、橫向2根槽鋼，上下焊接鋼板，槽鋼間均布筋板形成箱型結(jié)構(gòu)。中節(jié)的總體尺寸為：5m×3m×0.3m，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
圖1秤臺中節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖1.2校核指標

生產(chǎn)實踐中，汽車衡是以剛度指標作為重要設(shè)計依據(jù)的。當車輛滿載過秤臺時，以后輪行至秤臺縱向中間位置時產(chǎn)生的秤臺彎曲變形最大，此時載荷為最大，秤臺結(jié)構(gòu)必須滿足此時的剛度要求。按汽車衡秤臺技術(shù)要求，秤臺承受額定載荷時的允許最大彎曲變形不得超過秤臺縱向長度的1/800至1/1000，從安全角度出發(fā)，我們?nèi)】v向長度的1/1000作為校核指標，即5mm。

1.3加載

隨著運輸車輛類型的增多，裝載能力的提高，汽車衡原有用戶希望已安裝的汽車衡能在特殊情況下偶爾過載承重，前提當然是保證安全。本文先對額定承載50t時進行常規(guī)校核，然后，應用戶的特殊要求，考慮到原有汽車衡秤臺具有一定的安全系數(shù)，對極限承載100t進行校核分析。分別按以下尺寸簡化模型：

（1）承重50t時受載狀況

雙后橋載重車輪距1.8米，軸距1.2米，單個輪胎著地寬度0.3米，縱向著地長度0.4米，每側(cè)一般為兩個輪胎。加載位置如圖2（a）涂黑所示：

（2）承重100t時受載狀況

重型載重車輛一般為四后橋結(jié)構(gòu)，其它建模尺寸不變，加載位置如圖2（b）所示：
（a）承重50噸時受載狀況（b）承重100噸時受載狀況
圖2秤臺中節(jié)加載示意圖2秤臺有限元模型建立

2.1實體建模及網(wǎng)格劃分

ANSYS提供了兩種生成模型的方法：實體建模和直接生成模型。由于實體建模相對處理的數(shù)據(jù)較少，便于幾何改進和單元類型的變化，這也便于下一步的優(yōu)化設(shè)計。對于龐大或復雜的模型，尤其是三維實體模型更加適合，所以對于汽車衡秤臺的剛度校核我們采用實體建模。

整個秤臺除支撐鐵是35號鋼以外，其余材料都是Q235，所以選定彈性模量為2×1011，泊松比為0.27。

最初計劃定義單元類型為20節(jié)點的6面體單元SOLID95，考慮到上下蓋板形狀規(guī)則，為保證其單元形狀為6面體，蓋板用掃掠網(wǎng)格劃分（SWEEP）或映射網(wǎng)格劃分（MAPPED）。但由于蓋板與槽鋼及筋板焊接處情況較復雜且厚薄不一，各部分逐個進行網(wǎng)格劃分效率低下，且容易出錯，最終采用自由網(wǎng)格劃分。而采用自由網(wǎng)格劃分會導致6面體單元SOLID95退化為4面體單元，故最終采用10節(jié)點的4面體單元SOLID92。自由網(wǎng)格劃分時其Smartsizing選定10級，單元尺寸Size定為0.2。

2.2加載及約束處理

因秤臺面為一大平面，如何按實際情況在車輪處準確加載面力是關(guān)鍵。如直接選平面加載，計算機會選擇整個平面，顯然不符合實際，因承載面過大無法反映受載時的惡劣情況。如在車輪位置處選節(jié)點承受面力，結(jié)果是有限的點去承受整個載荷，結(jié)果難免造成應力集中。在車輪位置處選單元承