CN111814300B - 一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法，利用有限元分析和材料力学计算相结合计算支架的刚度，相比于有限元求解，大大减小了计算时间。当支架的长度方向的结构更改时，只需输入相应的长度尺寸即可。消除了支架刚度校核的主观性与随意性，通过有限元分析可以正确验证支架刚度，减小了支架维修与更换的风险，降低了安全事故发生的概率。消除了不同长度支架的重复设计分析校核，缩短了支架开发周期，减少了支架开发费用。

Description

一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法
技术领域
本发明属于机械设计技术领域，具体来说是一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法。
背景技术
目前新能电动重卡上充电座支架做成悬臂结构，在驾驶室后方安装于车架上。鉴于支架为悬臂结构，因此确保其刚度显得尤为重要，对支架的刚度校核也显得尤为重要。因此在结构设计时往往会对其进行有限元分析，校核其刚度，但是在不同的重卡车型中其充电座支架悬臂的长度都不相同，但是其横截面都是相同的。然而，每次支架结构更改时，都需要重新进行有限元计算，耗时长，效率低，工作繁琐，费用高。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于解决现有的支架刚度校核步骤繁琐问题。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法，包括如下步骤：
S100、建立支架、螺栓和充电盒求解计算域，支架用螺栓连接于车架；
S200、采用线弹性材料模型描述支架、螺栓和充电盒的材料性能，确定其弹性模量、密度和泊松比；
S300、对支架安装所在的车架进行截断，约束其截断处的自由度；
S400、在充电盒充电口处施加充电枪的等效载荷F1；
S500、采用有限元软件，建立支架刚度的计算方程，并对方程进行求解；
S600、获取支架加载点的位移和支架悬臂的长度，计算支架的抗弯刚度EI；
S700、对等截面不同长度的悬臂支架刚度K进行计算，得出支架的最大刚度，用该支架最大刚度除以支架设计的许用刚度，得出安全系数。
优选的，所述步骤S100中具体为先划分支架和充电盒网格，螺栓采用Rbe2和Beam单元来等效。
优选的，所述步骤S400中施加充电枪的等效载荷F1包括如下两种情况：当充电盒为单枪充电盒时，F1＝mg；当充电盒为双枪充电盒时，F1＝2mg，且每个充电口分别施加0.5F1的载荷，其中m为单个充电枪的等效质量，g为重力加速度。
优选的，所述步骤S600中的支架的抗弯刚度EI的计算公式为：
Figure BDA0002508133270000021
其中F1为等效载荷；d为等效载荷F1作用下的位移，其中当充电盒为单枪充电盒时，d为载荷时施加点的位移；当充电盒为双枪充电盒时，d为两个充电口载荷施加点的平均位移；L1为支架的悬臂长度。
优选的，所述步骤S700的支架刚度计算公式为：
Figure BDA0002508133270000022
其中，F为充电枪的等效载荷；L为支架的悬臂长度；EI为步骤S600计算得出的抗弯刚度。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法，利用有限元分析和材料力学计算相结合计算支架的刚度，相比于有限元求解，大大减小了计算时间。当支架的长度方向的结构更改时，只需输入相应的长度尺寸即可。消除了支架刚度校核的主观性与随意性，通过有限元分析可以正确验证支架刚度，减小了支架维修与更换的风险，降低了安全事故发生的概率。消除了不同长度支架的重复设计分析校核，缩短了支架开发周期，减少了支架开发费用。
附图说明
图1为本发明的一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法的流程图；
图2为本发明的实施例1、2的支架的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
本实施例一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法，以90吨电动矿卡充电座支架为例，根据附图1所示的刚度校核方法流程图，对本发明作进一步的详细阐述。
S100、运用CATIA建立支架和充电盒的几何模型，如图2所示，再利用ANSA软件生成支架和充电盒的网格模型，支架与车架之间的安装螺栓采用Rbe2和Beam单元等效。
S200、采用线弹性材料模型描述支架、螺栓和充电盒的材料性能，确定支架、螺栓和充电盒所有材料，本实施例的支架和充电盒材料为Q345，弹性模量为210GPa，密度为7.85t/m3，泊松比为0.3；螺栓材料为45钢，弹性模量为210GPa，密度为7.85t/m3，泊松比为0.3。
S300、对支架安装所在的车架进行截断，约束车架截断处的自由度；
S400、在充电盒充电口处施加充电枪的等效载荷F1，90吨电动矿卡充电座为双枪充电盒，F1＝2mg＝100N，m为充电枪的等效质量，m＝5kg，g为重力加速度，g＝10m/s2；
S500、运用NASTRAN软件建立支架刚度的计算方程，并采用线性迭代法对方程进行求解；
S600、获取支架充电口两个加载点的位移分别为0.467mm和0.467mm，支架加载点的等效位移d＝0.467mm，支架悬臂的长度L1＝890mm，计算支架的抗弯刚度EI：
Figure BDA0002508133270000041
S700、对双枪充电盒等截面长度为L＝1000mm的悬臂支架刚度进行计算，得出支架的刚度K：
Figure BDA0002508133270000042
该支架设计的许用刚度为125N/mm，采用该支架的刚度除以支架设计的许用刚度，得出安全系数1.28，完成该支架的刚度校核。
某项目的两款不同长度的充电座支架分别进行了有限元分析和本发明方法计算，得到的支架刚度如下表：
有限元计算结果/(N/mm) 本发明方法计算结果/(N/mm)
L＝800mm 297.8 295
L＝1050mm 131.5 130
实施例2
本实施例一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法，以60吨电动坑口车充电座支架为例，根据附图1所示的刚度校核方法流程图，对本发明作进一步的详细阐述。
S100、运用CATIA建立支架和充电盒的几何模型，再利用ANSA软件生成支架和充电盒的网格模型，支架与车架之间的安装螺栓采用Rbe2和Beam单元等效。
S200、采用线弹性材料模型描述支架、螺栓和充电盒的材料性能，确定支架、螺栓和充电盒所有材料，本实施例的支架和充电盒材料为Q235，弹性模量为210GPa，密度为7.85t/m3，泊松比为0.3；螺栓材料为45钢，弹性模量为210GPa，密度为7.85t/m3，泊松比为0.3。
S300、对支架安装所在的车架进行截断，约束车架截断处的自由度；
S400、在充电盒充电口处施加充电枪的等效载荷F1，60吨电动坑口车充电座为单枪充电盒，F1＝mg＝50N，m为充电枪的等效质量，m＝5kg，g为重力加速度，g＝10m/s2；
S500、运用NASTRAN软件建立支架刚度的计算方程，并采用线性迭代法对方程进行求解；
S600、获取支架充电口加载点的位移分别为0.216mm，支架加载点的等效位移d＝0.216mm，支架悬臂的长度L1＝500mm，计算支架的抗弯刚度EI：
Figure BDA0002508133270000061
S700、对双枪充电盒等截面长度为L＝600mm的悬臂支架刚度进行计算，得出支架的刚度K：
Figure BDA0002508133270000062
该支架设计的许用刚度为125N/mm，采用该支架的刚度除以支架设计的许用刚度，得出安全系数1.07，完成该支架的刚度校核。
某项目的两款不同长度的充电座支架分别进行了有限元分析和本发明方法计算，得到的支架刚度如下表：
有限元计算结果/(N/mm) 本发明方法计算结果/(N/mm)
L＝450mm 326.5 318
L＝550mm 178.6 174
本方法利用有限元分析和材料力学计算相结合计算支架的刚度，相比于有限元求解，大大减小了计算时间。当支架的长度方向的结构更改时，只需输入相应的长度尺寸即可。消除了支架刚度校核的主观性与随意性，通过有限元分析可以正确验证支架刚度，减小了支架维修与更换的风险，降低了安全事故发生的概率。消除了不同长度支架的重复设计分析校核，缩短了支架开发周期，减少了支架开发费用。
以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、建立支架、螺栓和充电盒求解计算域，支架用螺栓连接于车架；
S200、采用线弹性材料模型描述支架、螺栓和充电盒的材料性能，确定其弹性模量、密度和泊松比；
S300、对支架安装所在的车架进行截断，约束其截断处的自由度；
S400、在充电盒充电口处施加充电枪的等效载荷F1；
S500、采用有限元软件，建立支架刚度的计算方程，并对方程进行求解；
S600、获取支架加载点的位移和支架悬臂的长度，计算支架的抗弯刚度EI，支架的抗弯刚度EI的计算公式为：
Figure FDA0002848799510000011
其中F1为等效载荷；d为等效载荷F1作用下的位移，其中当充电盒为单枪充电盒时，d为载荷时施加点的位移；当充电盒为双枪充电盒时，d为两个充电口载荷施加点的平均位移；L1为支架的悬臂长度；
S700、对等截面不同长度的悬臂支架刚度K进行计算，得出支架的最大刚度，用该支架最大刚度除以支架设计的许用刚度，得出安全系数，支架刚度计算公式为：
Figure FDA0002848799510000012
其中，L为支架的悬臂长度；EI为步骤S600计算得出的抗弯刚度。
2.根据权利要求1所述的一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法，其特征在于：所述步骤S100中具体为先划分支架和充电盒网格，螺栓采用Rbe2和Beam单元来等效。
3.根据权利要求1所述的一种用于新能源电动重卡充电座支架的刚度校核方法，其特征在于，所述步骤S400中施加充电枪的等效载荷F1包括如下两种情况：当充电盒为单枪充电盒时，F1＝mg；当充电盒为双枪充电盒时，F1＝2mg，且每个充电口分别施加0.5F1的载荷，其中m为单个充电枪的等效质量，g为重力加速度。
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