摘要：傳統的汽車衡臺面結構和剛度分析方法是把汽車衡秤臺簡化成一簡支梁，因其模型過于簡化，存在計算結果可靠性差、無法進行局部應力及應變分析等缺點。本文利用ANSYS有限元分析軟件，對SCS系列汽車衡秤臺進行分析。在實體建模的基礎上對剛度進行校核，重點對汽車衡超載時進行極限承載校核，得出超載時強度指標也應成為主要校核指標的結論，并給出合理的改進建議，為汽車衡的設計與生產提供有價值的參考。
關鍵詞：ANSYS；有限元分析；汽車衡；剛度；強度

引言

近年來，作為大型稱重計量設備的汽車衡越來越廣泛地應用于工礦企業、交通運輸、港口、倉庫等各個部門。隨著經濟的發展，運輸車輛類型不斷增多，裝載能力不斷提高，這就對汽車衡的承載能力提出了更高的要求[1]。

傳統的汽車衡臺面結構和剛度分析方法是把汽車衡簡化成一簡支梁，這種簡化方法計算簡單，在汽車衡行業的設計和校核計算中曾廣泛采用，但這種建模方法也正是因為模型過于簡化而導致最終結果的不可靠。隨著計算機技術的日益發展和廣泛應用，有限元分析方法逐漸成為結構力學分析中強有力的工具。

著名的ANSYS軟件是目前廣泛應用的大型的以有限元分析為基礎的CAE軟件。利用ANSYS，建立SCS系列汽車衡秤臺中節的三維實體模型，以期在更加符合實際條件的模型基礎上對秤臺的剛度和強度進行精確校核，并提出合理的改進建議。

1秤臺結構尺寸、校核指標及受載狀況

1.1SCS-50系列汽車衡秤臺結構分析

為制造加工、運輸及安裝方便，SCS-50系列汽車衡秤臺采用三臺面搭接結構，利用中節上的托板和兩邊端節上的搭板搭接在一起。其主要技術參數為：

1）稱量重量：50t。
2）稱量方式：靜態整車計量。
3）臺面總體結構尺寸：15m×3m×0.3m。
4）傳感器數量：8只。

其中，SCS-50系列汽車衡中節由縱向6根槽鋼、橫向2根槽鋼，上下焊接鋼板，槽鋼間均布筋板形成箱型結構。中節的總體尺寸為：5m×3m×0.3m，結構示意圖如圖1所示。
圖1秤臺中節結構示意圖1.2校核指標

生產實踐中，汽車衡是以剛度指標作為重要設計依據的。當車輛滿載過秤臺時，以后輪行至秤臺縱向中間位置時產生的秤臺彎曲變形最大，此時載荷為最大，秤臺結構必須滿足此時的剛度要求。按汽車衡秤臺技術要求，秤臺承受額定載荷時的允許最大彎曲變形不得超過秤臺縱向長度的1/800至1/1000，從安全角度出發，我們取縱向長度的1/1000作為校核指標，即5mm。

1.3加載

隨著運輸車輛類型的增多，裝載能力的提高，汽車衡原有用戶希望已安裝的汽車衡能在特殊情況下偶爾過載承重，前提當然是保證安全。本文先對額定承載50t時進行常規校核，然后，應用戶的特殊要求，考慮到原有汽車衡秤臺具有一定的安全系數，對極限承載100t進行校核分析。分別按以下尺寸簡化模型：

（1）承重50t時受載狀況

雙后橋載重車輪距1.8米，軸距1.2米，單個輪胎著地寬度0.3米，縱向著地長度0.4米，每側一般為兩個輪胎。加載位置如圖2（a）涂黑所示：

（2）承重100t時受載狀況

重型載重車輛一般為四后橋結構，其它建模尺寸不變，加載位置如圖2（b）所示：
（a）承重50噸時受載狀況（b）承重100噸時受載狀況
圖2秤臺中節加載示意圖2秤臺有限元模型建立

2.1實體建模及網格劃分

ANSYS提供了兩種生成模型的方法：實體建模和直接生成模型。由于實體建模相對處理的數據較少，便于幾何改進和單元類型的變化，這也便于下一步的優化設計。對于龐大或復雜的模型，尤其是三維實體模型更加適合，所以對于汽車衡秤臺的剛度校核我們采用實體建模。

整個秤臺除支撐鐵是35號鋼以外，其余材料都是Q235，所以選定彈性模量為2×1011，泊松比為0.27。

最初計劃定義單元類型為20節點的6面體單元SOLID95，考慮到上下蓋板形狀規則，為保證其單元形狀為6面體，蓋板用掃掠網格劃分（SWEEP）或映射網格劃分（MAPPED）。但由于蓋板與槽鋼及筋板焊接處情況較復雜且厚薄不一，各部分逐個進行網格劃分效率低下，且容易出錯，最終采用自由網格劃分。而采用自由網格劃分會導致6面體單元SOLID95退化為4面體單元，故最終采用10節點的4面體單元SOLID92。自由網格劃分時其Smartsizing選定10級，單元尺寸Size定為0.2。

2.2加載及約束處理

因秤臺面為一大平面，如何按實際情況在車輪處準確加載面力是關鍵。如直接選平面加載，計算機會選擇整個平面，顯然不符合實際，因承載面過大無法反映受載時的惡劣情況。如在車輪位置處選節點承受面力，結果是有限的點去承受整個載荷，結果難免造成應力集中。在車輪位置處選單元承