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拖鉤是一種為方便車體進入危險環(huán)境損壞后，借助外力走出困境的安全保護裝置。所以，拖鉤及其安裝板都應(yīng)該具備足夠的強度，所以需要對拖鉤進行詳細的強度分析，以使車體盡快脫離險境。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)值計算方法。它實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，它們在有限節(jié)點上互相連接。在一定精度要求下，對每個單元用有限個參數(shù)來描述它的力學(xué)特性，而整個連續(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，本研究對拖鉤有限元模型的建立作詳細說明。
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：C1副車架為扳金件，采用PSHELL殼單元劃分網(wǎng)格，拖鉤采用實體單元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，對于拖鉤和副車架焊接的區(qū)域，網(wǎng)格節(jié)點要盡量對齊。采用rigid剛性單元模擬副車架與拖鉤之間的二氧化碳保護焊接，副車架扳金件之間的點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非線性算法計算零部件的結(jié)構(gòu)強度，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述如下：在小應(yīng)變時，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，剛度會顯著下降，此時材料的應(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得到的名義應(yīng)力和名義應(yīng)變數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為真實應(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應(yīng)力和塑性應(yīng)變所構(gòu)成的數(shù)模點，ABAQUS將自動在各數(shù)據(jù)點之間進行線性插值。在彈塑性材料上施加載荷時需要注意，如果此載荷會造成很大的局部應(yīng)變(使用點載荷時尤其容易出現(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，應(yīng)該讓其中最大的真實應(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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