矿用车770(30T级)驾驶室ROPS装置力学性能仿真分析与结构改进研究

摘要

本论文结合科技部火炬计划项目“扬州市汽车及其零部件先进制造与测试分析中心建设(2012GH530716)”和扬州市科技项目“中挖系列驾驶室ROPS/FOPS装置安全性设计与结构优化关键技术研发”，以江苏奔宇车身制造有限公司生产的矿用车770（30T级）驾驶室ROPS为研究对象，对该矿用车驾驶室ROPS力学性能展开研究，并根据仿真结果提出提升ROPS力学性能的三种改进方案。论文的主要内容如下:
　　首先，根据工程车辆现阶段的应用情况，介绍了工程车辆驾驶室安全保护结构的研究背景和研究意义。综述了工程车辆驾驶室安全保护结构国际国内标准的制定情况以及国内外研究概况。总结了国内外在ROPS研究过程中存在的主要问题。
　　其次，结合矿用车驾驶室ROPS的结构特点和力学性能对仿真分析的基本理论、计算方法、沙漏控制、时间步长控制以及有限元模型建立的关键技术进行了阐述。经过对求解非线性问题的隐式算法和显式算法的分析对比，选择显式算法作为该研究的求解方法。利用CATIA制图软件建立了矿用车驾驶室ROPS三维模型，对ROPS进行适当的简化。并将简化后的模型导入HyperMesh中，选择了四边形单元和三角形单元相结合的单元类型对三维模型进行网格划分。针对ROPS所用材料Q235B、Q345B进行了材料拉伸试验，获得相应的应力-应变曲线，如实的赋予给所建立的有限元模型。根据国标所规定的加载试验对ROPS的性能要求，定义了该有限元模型的约束条件与载荷大小。
　　最后，利用LS-DYNA软件对所建立的有限元模型分别进行了侧向、垂向、纵向三个方向的仿真分析，获得相应载荷条件下各个方向的最大位移云图与最大应力云图。针对仿真结果，提出了三种结构改进的方案。并将改进后的ROPS按照标准GB/T17922-2014的要求对其侧向、垂向、纵向三个方向逐一的进行仿真分析，得到各个改进方案下的仿真结果。通过对比分析，根据方案三所改进的ROPS其力学性能满足标准GB/T17922-2014的要求。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景与意义

1．2 ROPS国内外研究概况

1．2．1 国际国内标准制定概况

1．2．2 国外研究概况

1．2．3 国内研究概况

1．3 ROPS有待研究的主要问题

1．4 课题的来源及研究内容

1．4．1 课题来源

1．4．2 课题的研究内容

1．5 本章小结

第二章 驾驶室ROPS力学性能仿真的基本理论与关键技术

2．1 有限单元法的基本概念及理论

2．1．1 有限单元法的分析过程

2．1．2 非线性问题

2．2 基本算法

2．2．1 隐式算法

2．2．2 显式算法

2．3 沙漏控制

2．4 时间步长控制

2．5 ROPS力学模型建立的关键技术

2．5．1 几何模型的简化原则

2．5．2 单元类型选择

2．5．3 网格质量控制

2．6 本章小结

第三章 矿用自卸车770(30T级)驾驶室ROPS有限元模型的建立

3．1 HyperMesh软件简介

3．2 矿用车770驾驶室ROPS介绍

3．3 有限元模型的创建

3．3．1 几何模型的建立

3．3．2 几何模型的简化

3．3．3 挠曲极限量的选定与定位

3．3．4 划分网格

3．4 材料参数的获取

3．2．1 材料式样的获取

3．2．2 应力应变曲线的测定

3．2．3 真实应力、应变曲线的获得

3．5 本章小结

第四章 基于LS-DYNA的矿用车驾驶室ROPS力学性能分析

4．1 LS-DYNA软件介绍

4．2 加载实验对ROPS的性能要求

4．2．1 最小侧向承载能力要求

4．2．2 最小侧向能量吸收能力要求

4．2．3 最小垂向承载能力要求

4．1．4 最小纵向承载能力要求

4．2 ROPS约束的处理与载荷施加

4．2．1 ROPS约束的处理约束与接触

4．2．2 确定载荷的大小与施加位置

4．3 驾驶室ROPS仿真结果分析

4．3．1 最小侧向承载能力分析

4．3．2 最小侧向能量吸收能力分析

4．3．3 垂向承载能力分析

4．3．4 纵向承载能力分析

4．4 仿真结果总结

4．5 本章小结

第五章 驾驶室ROPS的结构改进与仿真验证

5．1 驾驶室ROPS改进方案与仿真分析

5．1．1 驾驶室ROPS结构改进方案一

5．1．2 驾驶室ROPS结构改进方案二

5．1．3 驾驶室ROPS结构改进方案三

5．2 结论

5．3 本章小结

第六章 研究工作的总结与展望

6．1 研究工作的总结

6．2 研究工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目

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