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人力清掃在我國(guó)非主干道的清潔作業(yè)中占主體，這種作業(yè)方式清掃效率低并且浪費(fèi)了大量人力。隨著太陽(yáng)能技術(shù)的發(fā)展，小型自動(dòng)太陽(yáng)能清潔車(chē)已經(jīng)在一些城市得到良好應(yīng)用。太陽(yáng)能清潔車(chē)依賴(lài)車(chē)頂部太陽(yáng)能板獲得太陽(yáng)能，完成路面清掃、垃圾回收及垃圾運(yùn)輸作業(yè)。
某型號(hào)太陽(yáng)能清潔車(chē)結(jié)構(gòu)，如圖所示。考慮太陽(yáng)能板與蓄電池的效率，應(yīng)盡可能減輕車(chē)體重量。車(chē)架是太陽(yáng)能清潔車(chē)的主要承載部件，工作中支承清潔車(chē)各部件的重量且要承受地面?zhèn)鱽?lái)的反作用力。因此，車(chē)架在輕量化的同時(shí)應(yīng)保進(jìn)行詳細(xì)的強(qiáng)度分析。
太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)清潔車(chē)車(chē)架為復(fù)合框架結(jié)構(gòu)，采用薄鋼板焊接而成。在利用有限元法進(jìn)行車(chē)架強(qiáng)度分析時(shí)，國(guó)內(nèi)目前多用節(jié)點(diǎn)共用或beam單元模擬焊點(diǎn)，國(guó)外有利用傘狀焊點(diǎn)模型模擬焊點(diǎn)的案例。利用CATIA對(duì)車(chē)架進(jìn)行三維建模，采用HyperMesh對(duì)車(chē)架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用節(jié)點(diǎn)共用及CWELD單元模擬焊點(diǎn)的形式建立兩種有限元模型進(jìn)行強(qiáng)度分析，對(duì)比計(jì)算結(jié)果，校核車(chē)架強(qiáng)度。
數(shù)模的建立主要利用CATIA中Part模塊進(jìn)行建模，Product模塊進(jìn)行模型裝配。經(jīng)分析，車(chē)架由多個(gè)橫梁、縱梁焊接連接而成，為了便于在后續(xù)有限元分析中建立不同連接形式，在建模時(shí)將各橫梁及縱梁分別建成為不同的Part，再根據(jù)實(shí)車(chē)裝配位置在product中進(jìn)行裝配。三維模型，如圖所示。
在確保有限元分析精度的前提下，為了提高分析計(jì)算的效率，在模型導(dǎo)入后需對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化101。主要包括：
(1)略部分非承載構(gòu)件，如前車(chē)架前側(cè)半圓擋圈；
(2)忽略對(duì)車(chē)架整體力學(xué)性能影響較小的細(xì)節(jié)，如車(chē)架上半徑3mm以下的孔、過(guò)渡圓角或倒角等；
(3)對(duì)模型進(jìn)行理想化狀態(tài)假設(shè)，假定車(chē)架的材料是連續(xù)均勻各向同性的完全彈性體。簡(jiǎn)化后需要對(duì)模型進(jìn)行幾何清理。
清潔車(chē)車(chē)架所用鋼板較薄，采用殼單元進(jìn)行分析。HyperMesh在網(wǎng)格劃分方面提供了大量的網(wǎng)格劃分工具及網(wǎng)格質(zhì)量檢查工具。選用2D單元對(duì)車(chē)架劃分網(wǎng)格，單元類(lèi)型為shell，殼單元厚度為1.5m。材料為16MnL，彈性模量2.1 xe5MPa，泊松比為0.3，密度為7.8xe6kg/m，
對(duì)于車(chē)架這樣的結(jié)構(gòu)，大部分分析采用節(jié)點(diǎn)共用的一體化分析方式，即將車(chē)架作為一個(gè)整體忽略各部分連接細(xì)節(jié)。作為初步校核，首先采用整體式連接共14428個(gè)節(jié)點(diǎn)，14135個(gè)單元。
邊界條件是實(shí)際工況在有限元模型中的表現(xiàn)形式。它是否符合實(shí)際在很大程度上決定了計(jì)算結(jié)果的精度。
該太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)清潔車(chē)車(chē)架主要承載部件有垃圾斗、垃圾箱及蓄電池。在建立載荷約束時(shí)主要針對(duì)垃圾斗及垃圾箱滿(mǎn)載情況下的受力進(jìn)行模擬分析、具體載荷分布，如表所示。
車(chē)輛滿(mǎn)載靜止時(shí)的靜強(qiáng)度分析即模擬在滿(mǎn)載狀態(tài)下，三輪著地時(shí)的狀態(tài)。邊界條件如圖中三角處所示：
(1)約束左右車(chē)輪軸承處的X，Y，Z方向的自由度；
(2)約束后支架后端支撐處的X，Y，Z方向的自由度；
CWELD焊點(diǎn)模型是由一具有剪切柔性的梁?jiǎn)卧獦?gòu)成。梁?jiǎn)卧墓?jié)點(diǎn)分別位于焊接連接的兩個(gè)單元節(jié)點(diǎn)上，連接方式，如圖所示。
焊接單元的節(jié)點(diǎn)具有平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)特性，即撓度。和截面轉(zhuǎn)動(dòng)角度8°，其值可以通過(guò)與之相連的殼單元節(jié)點(diǎn)的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)值插值得到關(guān)系，對(duì)于焊接單元，外力即等效到節(jié)點(diǎn)在計(jì)算焊接節(jié)點(diǎn)力時(shí)要計(jì)算節(jié)點(diǎn)的內(nèi)外力上的外載荷，內(nèi)力即單元節(jié)點(diǎn)力，即單元與節(jié)點(diǎn)相連的內(nèi)力。
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