1 前言

    1.1 有限元在国内半挂车行业应用现状

    　国外大的汽车制造厂家对有限元工具的应用已经非常成熟。但由于市场相对较小，国外对半挂车行业并不是非常重视，半挂车企业规模也相对较小，所以有限元工具的应用也并不十分广泛。

    　在国内半挂车行业，有限元工具的应用则很少有。一些院校偶尔为企业做过有限元计算。从七十年代开始，已经有人开始使用有限元计算车架的刚强度[5]。但在 九十年代前，由于软硬件的客观条件，半挂车的有限元分析基本上局限于使用梁单元进行模拟[8]。从九十年代后半期开始，随着我国高性能微机的普及和国外商 业软件的大量进入，国内的半挂车研究和分析人员逐渐过渡到使用板壳单元和实体单元[10]。进入二十一世纪，商业软件如ANSYS、 MSC/NASTRAN、Algor等在国内院校和企业得到广泛应用[11]，对半挂车的分析越来越精细。随着中集车辆集团在国内半挂车行业的迅速崛起， 中集对有限元工具的应用也基本代表了国内半挂车行业的水平。目前中集有限元分析覆盖了从静态到动态，并涉及结构疲劳分析，同时拥有对国际流行的复合材料厢 式半挂车的分析能力。

    1.2 中集车辆集团有限元应用现状

    　中集车辆事业从上世纪末秘密研发开始，到2002年正式投产进入专用车领域，至今已快速成长为年产值几十亿的国内最大的专用车制造商。在这其中，半挂车是 最大的一部分，由于中集在集装箱上的优势传承，一开始就紧跟国外市场，可以说技术的起点相当高，但同时也对先进结构的技术把握提出了更高的要求。此前，， 国内半挂车企业一般是按照经典的材料力学进行强度较核。对日益复杂的半挂车来说，已经不能通过几个经典公式反映结构的各方面性能，尤其是对局部的应力集中 等情况基本束手。这种情况下，先进的有限元工具就表现出了其强大的功能。中集从2000年开始买入ANSYS/Structure，后来又陆续购进 ANSYS/Mechanical模块、显式有限元软件LS-DYNA和Fe-safe疲劳分析软件。同时，考虑到设计工程师的需要，还购入了 Workbench快速分析模块。目前，还有更多的有限元软件被考虑中。中集车辆的所有车型都经过了有限元分析，解决了大量的现实问题。从投标、概念设 计、设计校核到结构优化和故障处理，处处可见有限元的身影。

    2 正文

    2.1 半挂车有限元分析分类

    半挂车的有限元分析应用涉及从整车到零部件的各方面，根据我司多年来的应用经验，按工况和结构主要可以分为以下几类：

   （1） 整车

    a) 弯曲，又分为垂直弯曲和横向弯曲。

    b) 模态。

    c) 瞬态冲击。

   （2）零部件

    a) 大梁垂直弯曲。

    b) 端横梁横向弯曲。

    c) 牵引板疲劳。

    d) 连接件变形。

    e) 保险杠破坏试验。

    f) 立柱扭转。

    g) 复合材料板承载能力。

    h) 焊逢应力。

    由于半挂车种类繁多，各种类之间差异较大，这里仅就各类半挂车较通用的工况和结构进行例举，下面就各分析类进行说明。

    2.2 整车分析

    图1为厢式半挂车垂直弯曲工况的分析结果。

1 厢式半挂车垂直弯曲工况的分析结果

图2 厢式半挂车模态分析结果

    　该厢式半挂车是发达国家物流运输的主流车型，整车质量轻，承载能力强。主要是其设计思想先进，车身承载，底架无大梁。因此该类车的设计必须考虑整车的抗弯 性能抗扭性能，这不同于其他类型的半挂车，因为其他类型的半挂车一般只需考虑底架的抗弯性能就可以了。所以厢式半挂车需要分析静载弯曲、扭转和模态