[发明专利]一种公路重大件货物运输挂车主纵梁安全分析方法

摘要

本发明公开了一种公路重大件货物运输挂车主纵梁安全分析方法，包括步骤：大件货物运输轴线车主梁受力静不定力学分析；单一形式力作用下变刚度悬臂梁任意位置扰度；单一形式力作用下变刚度简支梁任意位置扰度；单一形式力作用下车架任意位置挠度；求车架任意位置剪切力、弯矩及挠度；车架最佳支撑及加强梁设置。在本发明的优点在于：精确计算车架纵梁各点所受弯矩、剪力及挠度，验证了其安全性并在计算出的具体数据的支持下提出了货物支架设定以及车架强度加强位置及大小的方法。

主权项

1.一种公路重大件货物运输挂车主纵梁安全分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，大件货物运输轴线车主梁受力静不定力学分析；以车货整体为研究对象，设各液压轴支撑力分别为：Fj(j＝1,2,…,N)，若轴线车三点支撑编组采用两点在前，轴数为I，一点在后，轴数为J，I+J＝N，则建立如下方程组以求出各液压轴支撑力：式中货物重量为G，货物重心距离车架前端距离为Lg，车架重量为Gf，车架长度为L；轴线车各轴距轴线车前端距离为Xj(j＝1,2,…,N)，N为液压支撑轴数；若三点支撑采用一点在前，其轴数为I，两点在后，其轴数为J,计算公式相同；步骤2，单一形式力作用下变刚度悬臂梁任意位置扰度；设x是悬臂梁长度，EI是悬臂梁弯曲刚度；单位集中载荷在自由端处引起的挠度f、转角θ计算公式分别为：单位力矩在自由端处引起的挠度f、转角θ计算公式分别为：单位均布力引起的在自由端处挠度f、转角θ计算公式分别为：对于变刚度悬臂梁，设x表示悬臂梁上距固定端距离，y表示集中力作用在悬臂梁位置距固定端的距离，设数组z[0～H]为变刚度悬臂梁各段刚度起始位置，悬臂梁z[i‑1]与z[i]段对应刚度为EI[i]，则在单位集中载荷作用下，悬臂梁上距固定端距离x处的转角θFx可采用以下公式算出：设x位于变刚度悬臂梁第k段，若x≤y，有：其中：θ′_Fi为第i段悬臂梁末端相对该段始端转角，有：θ′_Fi＝θ′_Fi(M_i)+θ′_Fi(F)，θ′_Fi(M_i)为第i段悬臂梁末端截面弯矩引起的末端相对该段始端转角，θ′_Fi(F)为第i段悬臂梁末端截面集中力引起的末端相对该段始端转角，θ′Fx为x处相对第k段悬臂梁始端转角，有若x>y，有：θFx＝θFy；在单位集中载荷作用下，悬臂梁上距固定端距离x处的挠度fFx可采用以下公式算出：设x位于变刚度悬臂梁第k段，若x≤y，有：其中：f_F′_i为第i段悬臂梁末端相对该段始端挠度，有：f′_Fi(M_i)为第i段悬臂梁末端截面弯矩引起的末端相对该段始端挠度，f′_Fi(F)为第i段悬臂梁末端截面集中力引起的末端相对该段始端挠度，为第i段始端转角引起的i段挠度；f′_Fx为x处相对第k段悬臂梁始端挠度，有f′_Fx(M_x)为x处截面弯矩引起的相对k段始端挠度，f′_Fx(F)为x处截面集中力引起的相对k段始端挠度，为第k段始端转角引起的x处挠度；若x>y，有：fFx＝fFy+θFy(x‑y)；变刚度悬臂梁受到均布载荷作用，悬臂梁长度l，则在单位均布载荷作用下，悬臂梁上距固定端距离x处的转角θqx，采用以下公式得出：其中，θ′_qi为第i段悬臂梁末端相对该段始端转角，有：θ′_qi＝θ′_qi(q)+θ′_qi(M_i)+θ′_qi(F)，θ′_qi(q)为第i段悬臂梁末端均布力引起的末端相对该段始端转角，θ′_qi(M_i)第i段悬臂梁末端截面弯矩引起的末端相对该段始端转角,θ′_qi(F)第i段悬臂梁末端截面集中力引起的末端相对该段始端转角，其中，θ_q′_x为x处相对k段始端转角，有：θ′_qx＝θ′_qx(q)+θ′_qx(M_i)+θ′_qx(F)，θ′_qx(q)为x处相对k段始端均布力引起的相对k段始端转角，θ′_qx(M_i)为x处截面弯矩引起的x处相对k段始端转角,θ′_qx(F)为x处截面集中力引起的x处相对k段始端转角，在单位均布载荷作用下，悬臂梁上距固定端距离x处的挠度fqx采用以下公式得出：其中，f′_qi为第i段悬臂梁末端相对该段始端挠度，有：f′_qi(q)为第i段悬臂梁末端均布力引起的末端相对该段始端挠度，f′_qi(M_i)第i段悬臂梁末端截面弯矩引起的末端相对该段始端挠度,f_q′_i(F)第i段悬臂梁末端截面集中力引起的末端相对该段始端挠度，为第i段始端转角引起的i段挠度；f′_qx为x处相对第k段悬臂梁始端挠度，有f′_qx(q)为为x处均布力引起的相对k段始端挠度，f′_Fx(M_x)为x处截面弯矩引起的相对k段始端挠度，f′_Fx(F)为x处截面集中力引起的相对k段始端挠度，为第k段始端转角引起的x处挠度；步骤3，单一形式力作用下变刚度简支梁任意位置扰度；求变刚度简支梁变形时，将简支梁转化成悬臂梁，简支梁的一个支座转化为固定端，另一个支座用约束力代替，悬臂梁与原简支梁位置存在一定转角θA，其值由梁在约束力端挠度为零条件计算得出；单位集中载荷作用下，y表示集中力作用在简支梁位置距其左端的距离，l表示简支梁两个支点间的距离，设数组z[0～H]为变刚度悬臂梁各段刚度起始位置，悬臂梁z[i‑1]与z[i]段对应刚度为EI[i]，则：则单位集中载荷作用下，简支梁任意位置x处的挠度wF(x,y)由下式得出：单位集中载荷作用下，简支梁任意位置x处的转角γF(x,y)由下式得出：单位均布载荷作用下，l表示简支梁两个支点间的距离，L表示简支梁全长，数组z[0～M]为变刚度悬臂梁各段刚度起始位置，悬臂梁z[i‑1]与z[i]段对应刚度为EI[i]，则：则单位均布载荷作用下，简支梁任意位置x处的挠度wq(x,L,l)由下式得出：单位均布载荷作用下，简支梁任意位置x处的转角γq(x,L,l)由下式得出：步骤4，单一形式力作用下车架任意位置挠度；以车架为研究对象，设货物支点施加于车架的力为Ni(i＝1,2,…,M)，M为货物支点数，各货物支点距轴线车前端距离为Yi(i＝1,2,…,M)；设数组s[0～P]为变刚度悬臂梁各段刚度起始位置，悬臂梁s[i‑1]与s[i]段对应刚度为GD[i]；求出各货物支点施加于车架的力，因大件货物截面惯性矩远远超出车架惯性矩，因此假定货物与货物支架为刚体，只考虑车架主纵梁的变形的影响，于是将货物多支点作用下挂车主纵梁的受力结构简化为以货物支点为支座，以挂车主纵梁为梁，以横梁对主纵梁的作用力及车架自身重力为荷载的受力简图；解除第2至M‑1处货物支点的多余约束，使静不定梁变成静定梁；以fF(x,y)表示作用在车架y位置的单位集中力在车架位置x处引起的挠度，对于车架任意位置扰度，可采用荷载叠加法计算得出，即分别计算各力在同一位置引起的挠度，这些挠度的和即为该位置最终挠度；对车架自身的重量形成的均布力作用于车架情况，分解三种受力情况，车架任意位置挠度应为三种受力情况在该位置引起的挠度之和:即单位均布力在任意位置x引起的挠度：fQ(x)＝fQ1(x)+fQ2(x)+fQ3(x)其中，fQ(x)表示单位均布力在x处引起的挠度，fQ1(x)、fQ2(x)、fQ3(x)分别表示单位均布力在x处引起的挠度；步骤5，求各货物支点施加于车架的力Ni；以多余约束处的挠度为零为变形协调条件，结合合力为零与对任意点力矩和为零平衡条件，则有：式中，表示由货物支点施加于车架的力N_i(i＝1,2,…,M)、各液压轴支撑力F_j(j＝1,2,…,N)以及车架自身的重量形成的均布力在静不定梁的多余约束处引起的挠度为零，以此可以构造出M‑2个方程，从而方程组(2)可解各货物支点施加于车架的力N_i(i＝1,2,…,M)；步骤6，求车架任意位置剪切力、弯矩及挠度；设车架距轴线车前端距离为x处所受剪力为Q(x)，则有：其中：设车架距轴线车前端距离为x界面所受弯矩为M(x)，则有：设车架距轴线车前端距离为x处挠度为ωx，则有：步骤7，车架最佳支撑及加强梁设置；对纵梁上凸情况，采取增加支架或两侧支架朝上凸点移动的方法减少上凸变形；对纵梁下凹情况，采取加预拱减少下凹变形，步骤如下：71、设置两最外端支点位置，货物两最外段支点应保证距离货物两端有一定距离，设该距离为ldl和ldr；72、计算各支点受力，在两端支点内，若某支点受力为负且存在某支点上一步骤为添加支点，则撤销上一步骤所添加支点，记录撤销位置，重新计算支点受力，到下一步；73、计算车架各处挠度，若某处挠度为正且大于最大允许正挠度Δla，若此处不在已撤销位置队列，且该位置距最邻近支点距离大于支点间允许距离la，则在该处添加支点，转到72，否则，到下一步；74、计算车架各处挠度，在每个挠度值为正值且大于最大允许正挠度Δla，若该位置最邻近两个支点距离大于支点间允许距离la，则最邻近两支点朝该位置移动Δl，移动时两支点距离应不低于la；75、计算车架各处挠度，若某处挠度为负且超过规定最大允许负挠度Δlb，则在该处所在段加预拱，预拱高度等于该处挠度与最大允许负挠度Δlb差值的绝对值。