基于ANSYS的桥梁检测车有限元分析及优化.docx

1、摘 要桥梁在一个国家的交通运输和经济发展中占有十分重要的位置，而桥梁的检测则是保证桥梁安全运营的重要手段。随着技术的发展，桥梁检测车已经发展成为专业桥梁检测领域中必不可少的专用设备，桁架式桥梁检测车更是代表了桥梁检测车的主流发展方向，具有广阔的市场前景。本文的研究对象为QJS18C桁架式桥梁检测车，采用有限元法对该车结构进行了有限元分析和优化。本文认真研究了桥梁检测车的结构组成和工作原理，对桥检车各组成部件进行了合理的模型处理和简化，利用有限元分析软件ANSYS的APDL语言，采用自底向上的建模方式，建立了各部件的有限元参数化模型。按照真实情况采用合理的方式模拟各部件间的连接关系，将各部件组成

2、一个整体。通过以上工作建立了桁架式桥梁检测车整车的有限元分析模型。本文首先对桥梁检测车整车结构进行了静力分析，选取了桥检车工作过程中常用的10种工况，按实际情况施加约束和载荷，获得了不同工况下各部件的应力分布和变形等详细力学性能；针对该10种工况，对上车工作装置进行了模态分析，确定了结构的固有频率和模态振型等信息，可避免结构在工作过程中发生共振现象。然后取垂直臂为主要研究对象，采用接触单元来模拟垂直臂与滑块之间的滑动连接，得到了更为精细准确的结果，通过改变垂直臂的结构参数进行分析比较，可以看到不同参数变化对垂直臂性能的影响；取工作平台为主要研究对象，分析了伸缩臂的受力特点，按实际情况进行加载对

3、危险工况下的滚轮和伸缩臂进行了接触分析，获得了接触区域的应力、应变分布，并比较了不同的滚轮材料对接触行为的影响，为设计过程中零部件的选型提供了理论依据。最后为实现整车轻量化和提高整车的性能和稳定性，对关键部件进行了优化和改进，包括对支腿的板厚进行优化减重，对车架平台和一回转设计不合理的地方进行改进等。改进的结果不仅减少了整车重量，而且提高了整车性能。论文中提出的一些方法可用于同类型的桥检车的分析中，论文的分析成果为设计人员对结构的改进和优化提供了理论依据。关键词：桥梁检测车；有限元分析；模态分析；接触分析AbstractThe bridge occupies a very important

4、position in a countrys transportation and economic development, and bridge detection is an important means to ensure the safe operation of the bridge. With the development of technology, the bridge inspection vehicle has become an indispensable special equipment in the professional bridge test field

5、, and the truss type bridge inspection vehicle is more representative of the mainstream developing direction of bridge inspection vehicle, which has a broad market prospect. The study object of this paper is a truss type bridge inspection vehicle named QJS18C, the finite element method was used for

6、analysis and optimization of its structure. In this paper we carefully studied the structure and working principle of bridge inspection vehicle, made a reasonable model process and simplification of the components of the vehicle, and established parametric finite element model of its components by u

7、sing ANSYS Parameter Design Language(APDL), with the from-bottom-to-up modeling strategy. Accroding to the real situation to simulate the connection between the components, the various parts make up a whole. Through the above work, we established the finite element analysis model of the truss type b

8、ridge inspection vehicle finally.Firstly, in this paper we conducted the static analysis about the whole bridge inspection vehicle structure. This structure was applied constraints and loads according to the actual situation, selecting the 10 conditions during the working process of bridge inspectio

9、n vehicle, And then, we can obtained the stress distribution, deformation and other detailed mechanical properties under different working conditions. For these 10 kinds of working conditions, we finished the modal analysis about the above vehicle device on the car and determined the structural natu

10、ral frequencies, mode shapes, and other informations. It can avoid the resonance phenomenon of the structure in the working process. Then we take the vertical arm as the main area of study, use the contact elements to simulate the sliding connection between the vertical arm and the slider and eventu

11、ally got preciser and more accurate results. By changing the structural parameters referring to the vertical arm to analyze and compare, you can see the effect of different parameters on the performance of the vertical arm. Taking the work platform as the main object of study, this paper analyzed th

12、e mechanical characteristics of the arm, developped contact analysis with the rollers and the arm on the dangerous conditions according to the actual situation, getted the stress and strain distribution in the contact area. Meanwhile, this paper compared the different effect of the contact behavior

13、from different rollers materials to provide a theoretical foundation for the choice of components in the process of the design. Finally, to achieve lighter vehicle and to improve its performance and stability, this paper have optimized and improved key components, which include optimizing the thickn

14、ess of the leg, improving unreasonable locations about the frame and a rotating platform and so on. The results not only reduces the vehicle weight, but also improves vehicle performance.Some methods proposed in the paper can be used for the same type of bridge inspection car.The results of the pape

15、r is designed to improve and optimize the structure for personnel to provide a theoretical basis.目 录 摘 要1目 录2第1章 绪 论51.1 课题研究意义51.2 桥梁检测车概述71.3 国内外桥梁检测车发展现状及发展趋势981.3.1 国外研究现状81.3.2 国内研究现状91.4 主要研究内容11第2章 桁架式桥梁检测车总体结构布局122.1 桁架式桥梁检测车的主要结构组成122.1.1 回转结构122.1.2 转台结构132.1.3 连接架结构132.1.4 垂直臂结构132.1.5 水平

16、伸缩臂结构132.2 作业条件和工作流程132.2.1 作业条件132.2.2 上车展开过程142.3 本章小结15第3章 整车结构有限元分析163.1 ANSYS软件介绍163.2 整机有限元模型建立173.2.1 建模方法173.2.2 整机初始状态参数183.2.3 模型简化183.2.4 网格划分193.2.5 单元选择203.2.6 材料属性243.3 各部件间连接处理263.3.1 销轴连接方式处理273.3.2 滑块连接方式处理283.3.3 回转支撑连接处理293.3.4 滚轮连接处理293.4 模拟工况303.5 约束及加载323.5.1施加约束323.5.2 施加载荷333

17、.6 计算结果分析333.6.1 整机静力刚度计算333.6.2 强度分析373.7 本章小结39第4章 桥检车上车模态分析414.1 模态分析介绍414.2 有限元模态分析的理论基础414.3 模态分析步骤425.4 上车模态分析435.4.1 上车分析模型435.4.2 上车模态分析结果及振型分析445.5 本章小结48第5章 垂直臂结构有限元分析495.1 QJS18C桁架式桥梁检测车简介495.2垂直臂简介505.3 参数化有限元模型的建立505.3.1 参数的选取505.3.2关键部件单元类型的选取515.3.3材料属性515.3.4 关键技术的处理515.4模型的约束及加载525.

18、5 计算结果分析535.7 本章小结57第6章 伸缩臂及导向轮接触分析586.1伸缩臂简介586.2伸缩臂力学分析586.3伸缩臂有限元分析596.3.1伸缩臂材料属性596.3.2有限元模型596.3.3载荷及边界条件606.3.4有限元分析结果606.5结果验证716.6 本章小结75第7章 结构优化计算767.1 支腿的优化计算767.2 车架平台的优化计算787.3 转台的优化计算837.4 基本臂伸缩臂的优化计算867.5 本章小结93结 论94参考文献96第1章 绪 论1.1 课题研究意义桥梁建设是国家重要的基础建设之一，桥梁工程是关系社会和经济协调发展的生命线工程。随着桥梁建设的

19、快速发展，巨大的资金投入，在经济社会中的显赫作用，使得人们对桥梁的安全性、耐久性越来越重视。与此同时，我国的桥梁面临着与国际上众多国家的桥梁同样的问题，那就是有一大批桥梁已进入“老龄”阶段，一些桥梁早已出现各种“病害”，却常年带“病”运营，潜伏着巨大的安全隐患。此外，因当初的设计荷载标准与现今的实际载荷情况已不相称，导致很多桥梁承载能力不足、桥面宽度不符合当前的行车要求。如果不及时消除桥梁建设、运行中的安全隐患，势必造成经济和人员的巨大损失，而不合理的、过早的改造又是一项巨大的经济负担，并引发交通中断等许多社会问题。超期超载使用的各种危桥、旧桥不在少数，车毁人亡的桥梁坍塌事故时有发生1-4。为

20、提高桥梁使用安全性，必须重视桥梁检测，了解桥梁检测的工作程序、检测项目及检测方法。为了更准确判断桥梁实际工作状况，为桥梁加固或大修提供依据，在桥梁外观病害检查的基础上，则有必要进行深一步的桥梁结构材料的检测和载荷试验。桥梁试验检测为养护管理提供了直接的数据和依据，其工作涉及面广，技术复杂，难度较高，采用先进的检测设备则可大大提高检测的精度和工作效率。目前我国桥梁检测存在的主要问题有5-7：1）手段落后、机动性差。对于跨线桥等旱地上桥梁，目前的检测方法多采用在桥梁的下方搭架，然后人员在架上工作的方式进行，对于跨河桥则采用船上搭架的方式进行，部分过高的桥梁或船只没法靠近的桥梁基本上找不到好办法来解

21、决检测检查问题。2）成本高、耗时长。由于需要搭设脚手架才能完成检查工作，需要的人工也多。我国前期投入的检测费有80%是用在支架的搭设或船只的租用上。从支架的搭设到使用，需时过长，直接影响检测的进度。3）交通影响大。以搭设支架或船上搭架的方式对桥梁进行检测，势必对桥梁的通行孔或通航孔进行交通封闭。由于作业时间较长，容易造成交通堵塞，对交通造成不必要的影响。4）安全度较小。工作人员站在支架上或者船上进行工作，很容易造成人身伤亡的事故，安全性较差。5）检测范围小。由于受到桥梁的具体环境和搭设支架的限制，现有的办法很难对桥梁的每一部分进行检测，只能选择有代表性的部分进行检查，这样也就限制了我们对桥梁使

22、用状况的全面掌握，影响了对桥梁的质量评估。鉴于桥梁检测方面存在的种种问题，目前国内越来越多地使用安全、精确、高效的专用检测设备（比如桥梁检测车）来对桥梁进行检测。现代化的桥梁检测车相比过去检测手段具有以下几方面的优点：（1）效率高、机动性好使用桥梁检测车能让检查者快速、安全地检测桥梁的每一部分，包括桥上、桥下、桥墩等任何位置，能让用户在最短的时间内完成工作。汽车底盘的良好机动性使得检测者只需慢速移动底盘车而不用先将整套设备收回，这样就可迅捷地到达桥梁的任何桥段。（2）成本低、耗时短如果不可采用桥梁检测车，检测一座特大桥需要花15天，检测费用达20万元。而应用桥梁检测车检测一座特大桥仅需一至二天

23、时间，检测效率及管理水平大幅提高，费用也大幅减少。（3）交通影响最小桥梁检测车均可在无须装设液压支腿和车外配重的情况下平稳、安全、可靠地操作。操作时只占用一个车道，对桥下的净空影响也比较小，这样就对交通的影响能减至最小。（4）安全度较高现代化的桥梁检测车可将检查人员安全地送至梁板以下的任何部位，整机工作平稳，避免以往采取空中吊篮或搭建临时支架方式的危险性，确保了检查人员的安全。（4）检查范围广它能让检查者快速、安全地检测桥梁的每一部分，包括桥上、桥下、桥墩等任何位置。可实现对支座位置、梁板混凝土强度、裂缝情况以及外观尺寸的检查，同时还可以安装和维护桥下管道和电缆。桥梁检测车的应用，可以使我国的

24、桥梁检测有了更高的准确度，大大提高桥梁检测能力，有效地实行桥梁动态数据管理，建立规范的桥梁检查工作制度，根据道路等级制定检测计划，定期对桥梁进行检查，发现问题及时处理并将检查数据结果存入数据库，以便随时掌握桥梁实际工作状况。对所有计划大修工程的桥梁，在制定大修方案前必须进行桥梁结构检测，根据检测数据结果科学编制大修方案，避免盲目性。1.2 桥梁检测车概述桥梁检测车是一种可以为桥梁检测人员在检测过程中提供作业平台，装备有桥梁检测仪器，用于流动检测和维修作业的专用汽车。它可以随时移动位置，能安全、快速、高效地让检测人员进入作业位置进行流动检测或维修作业。工作时不影响交通而且可以在不收回臂架的情况下

25、慢速行驶8。这种车辆一般是在二类货车底盘基础上加装专用工作装置而成的。根据专用工作装置的不同，桥检车主要分为折叠臂式桥梁检测车和桁架式桥梁检测车两种。折叠臂式桥梁检测车，如图1-1所示。其结构小巧，受桥梁结构制约少，工作灵活，既可以检测桥下也可以升起检测桥梁上部结构，可有线/无线操作，灵活方便，有时候还可以作为高空作业车使用，价格相对桁架式桥梁检测车低。其基本结构充分体现了折臂式随车起重机、高空作业车的特点。 图1-1 折叠臂式桥梁检测车 图1-2 桁架式桥梁检测车桁架式桥梁检测车，如图1-2所示，采用通道式工作平台，稳定性好，承载能力大，使用时检测人员能方便地从桥面进入平台或返回桥面，如配置

26、升降机则可以大大增加下桥深度。代表行业先进水平的桁架式桥梁检车结构比较复杂，价格昂贵；但工作稳定，能够实现连续不间断作业，所提供的是一个相对较大的作业面，检测范围广，承载能力强，作业效率高。桥梁检测车技术含量很高，涉及到机械、液压、电子、雷达、通信等先进技术。具有效率高、安全性好、适应性强、功率消耗低等优点，适用于特大型公路桥、城市高架桥、铁路桥、公铁两用桥的预防性检测和维修作业，并为操作者在检测每一组成部分时提供安全保障，还可用于环境险恶不适合人工检测的场合。1.3 国内外桥梁检测车发展现状及发展趋势91.3.1 国外研究现状桥梁检测车最早出现在欧美，美国HYDRA公司、Aspen Aeri

27、als(赛奔驰)公司，德国（MOOG）公司，意大利BARIN公司等已有用于桥梁检测的检测车。现在的装备技术已很先进，均采用电子液压控制，并配有应急装置、稳定装置、遥控装置及发电设备。1.3.1.1 意大利百灵（BARIN）公司意大利BARIN公司自20世纪60年代开始生产桥梁检测车。目前主要产品有AP系列的高空作业车、AB系列的折叠臂式桥梁检测车和ABC系列的桁架式桥梁检测车。ABC系列桁架式桥梁检测车最大水平工作范围623m，最大下桥深度49.5m，最大承载质量300800Kg，最大跨越宽度1.74.65m，最大跨越护栏高度2.05.4m；AB系列折叠臂式桥梁检测车桥下最大水平距离6.522

28、m，桥下最大垂直距离1025.5m，桥上最大垂直距离820.5m，吊篮最大承载质量200300kg。1.3.1.2 德国摩根（MOOG）公司德国MOOG公司自1980年开始生产桥梁检测车，已拥有28年以上的桥梁检修设备的供应经验。客户主要为德国、法国、瑞典、香港、新加坡和印度的铁路运营商和铁路公司，国际市场份额超过50%。该公司产品主要用于公路桥梁、铁路桥梁和隧道检测，其中：MBI系列桁架式桥梁检测车有自行式和拖挂式2中，客户可以根据实际需要选购；MBL系列吊篮式桥梁检测车主要用于桥梁检测、维修工作及高空作业；MBS、MFG和MPG桥梁维修单元主要用于长期维修桥梁项目。MBI系列桁架式桥梁检测

29、车最大水平工作范围4.521.0m，最大下桥深度3.711.0m，最大承载能力3001000kg，最大跨越宽度1.24.2m，最大跨越护栏高度2.05.5m。MBL系列吊篮式桥梁检测车桥下最大水平距离1216m，桥下最大垂直距离1519.5m，桥上最大垂直距离1421m，吊篮最大承载质量280kg。1.3.1.3 美国赛奔驰（Aspen Aerials）公司美国Aspen Aerials（赛奔驰）公司只生产折叠臂式桥检车，主要产品型号有A-30、A-40、UB-50、A-62、A-75，其桥下最大水平距离9.422.8m，桥下最大垂直距离12.122m，桥上最大垂直距离9.216.1m，吊篮最

30、大承载质量272318kg。所有Aspen Aerials桥梁检测车系列均可在无需安装液压支腿和配重的情况下进行平稳、安全、可靠地操作。1.3.1.4 美国凯捷（HYDRA）公司美国凯捷有限公司（Hhdra Plaforms MFG,Inc）创建于1985年，是美国一家专业从事研发和制造桁架式桥梁检测车的生产厂家，所生产的桁架式桥梁检测车有车载式（自行式）和拖挂式。车载式桥检车有5种：HPT66、HPT60、HPT55、HPT52和HPT43；拖挂式桥梁检测车有2种：HP32和HP35，最大水平工作范围9.7520.1m，最大下降深度5.57.3m，最大跨越宽度2.33.2m，最大承载能力45

31、5635kg。具有独特的剪臂式塔架系统专利技术，尾部可装备舷外液压拖链驱动装置。1.3.1.5 美国利楚（REACHALL）公司美国REACHALL公司生产折叠臂式桥梁检测维修车，其UB系列桥梁检测维修车，桥下吊篮最大水平伸长13.218.6m，最大下桥深度15.821.3m，最大承载质量272kg，吊篮向上最大举升高度（距离桥面）10.714.4m。1.3.1.6 奥地利PALFIINGER公司奥地利PALFINGER公司生产的PA19000型折叠臂式桥梁检测车，桥下吊篮最大水平伸长16.2m，最大下桥深度14m，最大承载质量280kg，吊篮向上最大举升高度（距离桥面）24.5m。1.3.2

32、 国内研究现状我国早在20世纪80年代末90年代初，由交通部公路规划设计院在北京起重机厂生产的QY-8型汽车起重机的基础上进行改造设计，最后以失败告终，后来国内又有几家单位研制也均以失败告终。最近几年，国内一些大型工程机械厂家开始从事桥梁检测车的研究，主要有徐工集团、湖南宝龙等，其产品和性能均能达到国外设备的标准。1.3.2.1 徐工集团徐工集团成立于1989年，主要从事工程机械的研发和生产，1997年由徐工集团液压气动机械公司、西安公路交通大学和河南省公路局联合成功研制出XZJ5140JQJ10型折叠臂式桥梁检测车，结束了我国无桥梁检测车的历史。吊篮式（折叠臂式）桥梁检测车主要有QJ07、Q

33、J12、QJ16、QJ16L，其桥下最大水平距离816.37m，最大下桥深度1020m，最大承载质量100200kg。2006年底，徐工集团成功研制出18m桁架式桥梁检测车，标志着徐工跻身于全球4大桥梁检测车生产领域，与意大利BARIN、德国MOOG、美国凯捷公司并驾齐驱，进入桥梁检测车系列化的快车道。目前该集团已经形成922m桁架式系列产品，最大水平工作范围921.9m，最大下桥深度68.5m，最大承载质量600800kg，最大跨越宽度2.12.5m，最大跨越护栏高度2.03.2m。1.3.2.2 湖南宝龙湖南宝龙专用汽车有限公司，是国家发改委和空军后勤装备部定点的随车起重运输车生产基地，主

34、要生产随车起重机、军用新型航空炸弹专用吊车、轮式叉车吊，以及汽车配件和液压配件等。2006年3月首次成功研制出桁架式桥梁检测作业车，2007年开发出作业平台长为13m和16m的桁架式桥梁检测车。GYJ5210JQJH桥梁检测作业车最大水平工作范围13m，最大下桥深度6.2m，最大承载质量600kg，最大跨越宽度2.1m，最大跨越护栏高度2.0m。1.3.2.3 湖南恒润高科有限公司湖南恒润高科有限公司，有多年的高速公路建设与养护经验，是以提供满足客户需求的高品质道路养护机械为目标，集产品研发、制造、营销为一体的专业化工程机械企业。2009年2月，该公司根据市场行情和发展需要，参照德国MOOG桥

35、梁检测车，在其基础上合力改进，并在吸取国内外桥梁检测车经验的基础上研制推出16m桁架式桥梁检测车。该公司目前主要有HHR5250JQJ16、HHR5250JQJ08车型，其最大水平工作范围816m，最大下桥深度7.0m，最大承载质量600700kg，最大跨越宽度2.12.2m，最大跨越护栏高度2.24m。国内外桥梁检测车的功能基本一致。国内设备大都采用国外进口元器件。相对来说，国内设备可供选择性更大，可根据客户需求修改，地盘也可根据客户需求定制。国内外设备在设计上差别不大。国产设备的设计更符合中国人的操作要求和习惯。相对来说，国外设备技术先进，性能稳定，但价格昂贵，加上售后服务收费也高，综合成

36、本较高。以18m桥梁检测车为例，国外设备基本在500万元以上，而国内同等性能设备的价格在300万元左右。国外设备进口配件价格较高，服务支持较困难，质保期过后服务收费较高，即后期维护成本较高。国产设备及备件运输方便，服务比较及时，收费也相对低廉，但所采用的原装进口器件部分，要受到一定的制约。1.4 主要研究内容桥梁检测车要载人，故它的结构安全性尤为重要，本文以QJS18C桁架式桥梁检测车为研究对象，对整车结构的静力学及动力学进行了深入研究，对关键部件进行优化、改进和选型，主要研究内容有：1）建立了整车结构有限元模型，对10种工况下整车结构进行静力学有限元分析，得到不同工况下各结构应力分布状况和刚

37、度信息。2）对10种工况下的上车工作装置结构进行了模态分析，获得了不同工况下结构的固有频率和振型。3）取垂直臂为主要研究对象，分析不同结构参数变化对垂直臂性能的影响，获得最优的结构尺寸。4）对伸缩臂和导向轮进行接触受力分析，分析比较不同的滚轮材料对伸缩臂工作性能的影响。5）对关键部件进行优化减重、改变不合理的设计、优化选型等。第2章 桁架式桥梁检测车总体结构布局2.1 桁架式桥梁检测车的主要结构组成本文的研究对象为QJS18C桁架式桥梁检测车，整车结构布局如图2-1所示，它主要由汽车底盘、车架平台、回转结构、转台结构、连接架结构、垂直臂结构、水平伸缩臂结构、操纵系统、液压系统和电气控制系统等组

38、成。该产品是在汽车底盘上加装具有二级回转、三级变幅、四级伸缩的三维空间运动机构。图2-1 桁架式桥检车整车结构图2.1.1 回转结构回转结构主要包括第一回转结构和第二回转结构。第一回转结构主要由回转支撑、一回转液压缸以及底座等部分组成。通过控制一回转液压缸的伸缩来实现回转，其回转角度在090之间。第二回转机构主要由回转减速机、回转支撑、二回转体等部件组成。通过回转减速机实现回转体瞬时针或逆时针回转，通过二回转控制作业平台的工作范围，其回转角度在0180之间。2.1.2 转台结构转台结构主要由转台、转台基本臂、转台伸缩臂、配重块、转台升降油缸、转台基本臂变幅油缸、转台伸缩臂伸缩油缸、配重翻转油缸

39、等组成。通过转台升降油缸伸缩可以控制转台升降来调节跨高，通过转台基本臂变幅油缸伸缩可以控制转台基本臂的仰角来同时调节跨宽和跨高，通过转台伸缩臂伸缩油缸伸缩可以控制转台伸缩臂的伸缩量来调节跨宽，通过配重翻转油缸伸缩可以控制配重的翻转角度来调节配重块的重心位置，保持整机的平衡。2.1.3 连接架结构连接架结构的主要功能包括连接转台伸缩臂与垂直臂和使垂直臂变幅（从水平到垂直）。当垂直臂垂直时，垂直臂通过升降油缸可以在连接架中上下滑动。2.1.4 垂直臂结构垂直臂为桁架结构，它主要功能是调节水平伸缩臂工作平台的升降。2.1.5 水平伸缩臂结构水平伸缩臂结构主要由基本臂、一伸臂、链条和电机等组成，通过控

40、制电机实现一伸臂的伸缩。2.2 作业条件和工作流程作为一种特种车辆，工作装置要伸出车外要做伸缩翻转动作，因此对整车的平衡性要求很高，确保在任何情况下都不允许发生整车的倾斜侧翻等危险状况。2.2.1 作业条件桁架式桥梁检测车的作业条件主要有以下几个方面：1）停车位置要求：桥梁右侧，要求桥面坚实平整，作业过程中轮胎和支腿不得下陷。2）底盘必须处于水平状态，一回转平面的倾斜角度不应大于0.5%。3）桥面风力不得大于五级，工作时的环境温度应在-1540之间。4）使用桥检车进行桥梁检测作业时应避开雷雨冰雹天气。2.2.2 上车展开过程在工作装置展开以前，首先确保车辆处于怠速或静止状态，确保手刹工作，液压

41、系统带载后，通过油缸推动平衡重，已达到保持工作状态时整车的平衡，同时在工作装置的一侧伸出两个硬质的自行支撑轮，以避免轮胎的弹性变形对工作装置的干扰。支撑轮的中心位置，就是整个装置展开后的平衡中心。通过车载发动机的驱动，液压系统按照操作者的指令，遵循设定的控制顺序，在液压缸及液压马达等动力驱动元件的作用下上车完成展开。具体展开过程如下：1、桥检车处于全缩状态，如图2-2所示。2、转台升起到最高状态，如图2-3所示。3、连接架带动垂直臂翻转20度，转台基本臂扬起20度，转台伸缩臂全部伸出，如图2-4所示。4、一回转转动90度状态，如图2-5所示。5、连接架翻转至垂直臂垂直状态，如图2-6所示。6、

42、水平伸缩臂翻转至与桥面平行状态，如图2-7所示。7、垂直臂垂直下降至最低状态，如图2-8所示。8、二回转旋转90，水平伸缩臂（工作台）旋转至桥下，一伸臂全部伸，如图2-9所示。 图2-2 桥检车全缩状态 图2-3 转台升到最高状态 图2-4 转台基本臂扬起，基本臂全伸状态 图2-5 一回转回转90状态 图2-6 垂直臂垂直状态 图2-7 水平伸缩臂翻转至与桥面平行状态 图2-8 垂直臂下降至最低状态 图2-9 二回转旋转90，一伸臂全伸状态整个工作装置的展开时间有一定的要求，在检测参数正常的情况下自动完成所有的展开动作。工作装置回收时，按照展开相反的动作顺序进行。2.3 本章小结本章首先介绍了

43、QJS18C桁架式桥梁检测车的结构布局，对各主要机构部件的组成和功能进行了阐述，然后详细介绍了桥检车的作业条件和工作流程。第3章 整车结构有限元分析3.1 ANSYS软件介绍ANSYS软件是一款具有强大功能的大型通用有限元软件，广泛应用于水利、铁路、汽车、造船、流体分析等工业领域，可在微机或工作站上运行，并且具有强大的前后处理功能。ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块、求解模块和后处理模块10。1、前处理功能ANSYS具有强大的实体建模技术。与现在流行的大多数CAD软件类似。通过自顶向下或自底向上两种方式，以及布尔运算、坐标变换、曲线构造、蒙皮技术、拖拉、旋转、拷贝、镜射、倒角等多种手段

44、，可以建立起真实地反映工程结构的复杂几何模型。ANSYS提供两种基本网格划分技术：智能网格和映射网格，分别适合于ANSYS初学者和高级使用者。智能网格、自适应、局部细分、层网格、网格随移、金字塔单元(六面体与四面体单元的过渡单元)等多种网格划分工具，帮助用户完成精确的有限元模型。另外，ANSYS还提供了与CAD软件专用的数据接口，能实现与CAD软件的无缝几何模型传递。这些CAD软件有ProE、UG、CATIA、lDEAS，Solidwork、Solid edge、lnventor、MDT等。ANSYS还可以读取SAT、STEP、ParaSolid、lGES 格式的图形标准文件。此外，ANSYS

45、还具有近200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而准确地构建出反映实际结构的仿真计算模型。2、强大的求解功能ANSYS提供了对各种物理场的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流场、声学等为一体的有限元软件。除了常规的线性、非线性结构静力、动力分析之外，还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。提供的多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置。目前，ANSYS软件已经形成完善、成熟的三大核心体系：以结构、热力学为核心的MCAE体系，以计算流体动力学为核心的CFD体系，以计算电磁学为核心的CEM体系。这三大体系不仅提供MCAE/CFD /CEM领域的单场分析技术，

46、各单场分析技术之间还可以形成多物理场耦合分析机制。此外，ANSYS还具有灵敏度分析及优化分析功能。3、后处理功能ANSYS的后处理用来观察ANSYS的分析结果。ANSYS的后处理分为通用后处理模块和时间后处理模块两部分。后处理结果可包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以是图形显示、矢量显示、曲线形式和数据列表等多种方式。ANSYS还提供自动或手动时程计算结果处理的工具。3.2 整机有限元模型建立3.2.1 建模方法如今建立有限元模型的方法多种多样，主要包括：（1）借助专业的三维实体造型软件（如Pro/E、solid works、UG等）先建立机械结构的几何模型，然后将几何模型

47、导入到有限元分析软件（如ansys、abaqus等）中进行网格划分生成有限元模型。对于小型、简单的构件这种有限元建模方法效率非常高，最终也能完成计算，求得结果。但是，对于大型、结构复杂的构件要想通过这种方法生成有限元模型，必须要对几何模型做大量的简化工作，简化之后的几何模型导入到有限元分析软件中之后也很难实现映射网格划分，只能通过自由网格划分生成四面体单元，而且单元规模会非常庞大，最后很难完成计算，并且这种操作方式不易实现参数化。（2）通过三维实体造型软件如Pro/E、Solid works、UG等先建立机械结构的几何模型，然后将几何模型导入到功能强大的网格划分软件如hypermesh中进行网格划分生成有限元模型。这种方法能够生成规则的六面体单元，但是对于大型结构件生成的单元规模还是很大，不利于整机有限元分析。（3）通过有限元分析软件自带的建模功能建立有限元模型，如ANSYS软件提供的APDL参数化建模语言能够完成各种复杂构件的有限元模型建立。这种方法建模时间长，但是能够建立规则的六面体单元而且能够人工控制网格的疏密，大大减少单元规模，非常有利于整机结构计算。而且通过命令