重型半挂车车架应力测试分析试验

半挂车是重型货物运输的重要工具，随着经济的快速发展，半挂车的使用日益增多，质量和安全问题也越来越受到人们重视。本文主要以10吨半挂车为例，采用电阻应变法对其进行应力测试，分析车架在使用中的应力分布情况。

应力测点选择

根据车架结构的对称性和载荷基本对称的情况，本次试验以车架左侧梁为主。原则上，测点选择在车架纵横梁节点附近截面突变处，纵梁前后交接处，以及车架中部弯矩较大区域。因此，共选61个测点，其中54个测点分布在车架左侧，贴片部位在梁的翼缘或棱边上，应变片的轴线与测点边缘平行，距离边缘3mm，测点的分布与位置见图1。

在左纵梁上翼面下侧面共选13个点，编号为Z₁-Z₁₃。左纵梁下翼面下侧面共选21个点，编号为Z₁₆-Z₃₅（其中Z₂₃、Z₂₅点在腹板下侧面，Z₂₄在腹板外侧面）。在右纵梁下翼面下侧面共选7点，编号为Z₄₁-Z₄₇（其中Z₄₅在腹板下侧面，Z₄₇在腹板外侧面）。横梁左侧与纵梁交接处附近共选6点，编号为H₁-H₆。左侧边梁共选14点，编号为B₁-B₁₄。其中B₁-B₉在横档与边梁交接处附近，B₁₀、B₁₁位于横档支架上，B₁₂-B₁₄分别在左侧前、中、后边框中部下侧面。

根据静态应变测量的结果，从上述61个测点中选择了以下12个测点进行动态应力测试。即Z₈、Z₂₃、Z₂₄、Z₂₆、Z₂₇、Z₃₂、Z₃₄、Z₄₅、Z₄₇、H₃、H₅、H₆。

实验仪器设备

本次试验采用聚航科技生产的JHDY动态应变仪，仪器操作简单，设置方便。软件式操作，测试数据实时同步，自动保存，自动生成测试报告。

应力测试工况

满载

装载10吨砂石均匀布置，在平坦的水泥场地上测量车架的弯曲应力。然后将牵引车左后轮和右后轮抬高350mm，测量车架的扭转应力。

超载

装载15吨砂石均匀布置，并按以上要求做弯曲试验和扭转试验。

动态应力测试

车辆在满载状态下，以20km/h速度在较差的砂石路面上行驶，用仪器记录每个测点的应变，计算出zui大应力。

应力数据分析

1. 由静态弯曲试验和扭转实验数据及应力分布曲线图可知，车架受到静态弯曲时，车架上、下翼面所产生的应变较小，即使在超载情况下，上翼面zui大应变为-392με，下翼面zui大应变为368με，所产生的部位均位于车架中部。以外zui大的弯曲应变位于腹板的拐角处Z₂₄点，为829με，其应力为182.4MPa。在正常使用条件下，具有足够的安全系数，车架在超载情况下受到静态扭转时，车架上翼面产生的zui大应力为-186.8MPa，车架下翼面产生的zui大应力为177.8MPa，其位置与弯曲相同。同样，在腹板的拐角处产生的最大应力为279.0MPa。此外，与弯曲不同之处是Z₃₅测点，扭曲时也会产生较大的应力（-188.8MPa）。这是因为Z₃₅除了承受弯曲变形外，当牵引车右后轮抬高时，纵梁左侧的Z₃₅点位于后悬架的前支点处，因此所受的压应力就更大。

因此，在静态状态下受扭，对车架的设计，主要注意腹板的拐角处、车架的中部和后悬架的前支点处。这些问题都可通过选择结构形式和改变结构尺寸来解决。

2. 除第一横梁外，其余横梁均承受着很高的扭转应力，其中H₅zui大应力为620.8MPa。已接近了材料的强度限值。因此，该半挂车抗扭强度较差。在设计中应加强横梁的结构形式和尺寸。

3. 根据动态试验结果可知，半挂车zui大动应力点也是纵梁上zui大静应力点Z₂₄，动态应力为122.5MPa。除Z₃₂、Z₃₄、H₃三个点以外其余均在100MPa左右。因此，由试验结果可知，该半挂车在一般的砂石路面上行驶所产生的动应力均远小于材料的屈服限制。当在超载情况下，行驶在凹凸不平的坏路上时产生的应力就很大，导致车架受损。