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拖拉机驾驶室除给驾驶员提供较舒适的工作环境外,还需起到防护的作用。集成防护装置的拖拉机驾驶室在拖拉机发生滚翻或是坠物撞击时能够给驾驶员提供安全保障,逐渐成为拖拉机标准驾驶室。驾驶室的振动特性和强度性能是评价其设计合理与否的重要指标。本文根据弹塑性理论、模态分析理论,使用有限元技术对驾驶室的结构性能进行预估。
首先,参照乘用车白车身和客车车身有限元建模规范并结合安全驾驶室的结构特点,介绍了拖拉机驾驶室网格划分和焊接模拟规范,在前处理软件Hypermesh中分别建立了驾驶室模态分析、静强度分析和防护特性分析的有限元模型。
其次,在MD Nastran求解器中用分块兰索士法求解驾驶室的自由模态,根据模态计算结果制定了驾驶室模态试验方案并进行试验,对计算与试验得到的固有频率和振型进行比较分析,二者前六阶模态的固有频率误差在5%以内,对应振型一致,验证了有限元建模合理准确。该驾驶室一阶固有频率为38Hz,高于发动机的怠速激励频率,高阶局部模态分散不耦合,表明该驾驶室具有良好的振动特性。
再次,综合乘用车白车身和客车车身强度分析工况以及工程机械企业内部强度分析标准,对驾驶室行驶过程中的三种极限工况进行静强度分析。该驾驶室在极限工况下的整体应力水平不高,局部高应力集中在座椅安装位置且低于材料的屈服极限,驾驶室主要开口如风窗和门窗处的变形量在1mm以内,表明该驾驶室的强度和刚度达到了设计要求。
最后,按照拖拉机安全驾驶室国家试验法规GB/T7121-2008,使用Abaqus/Standard3D对该驾驶室进行了9个工况的静态强度试验隐式仿真,联合使用Abaqus/Standard3D和Abaqus/Explicit实现了9个工况的动态强度试验隐式和显示交互仿真,预测了试验过程可能发生破坏的危险区域集中在驾驶室上部的焊接接头,该驾驶室通过法规的验收条件,防护装置未能侵入安全容身区,驾驶室也未出现垮塌,表明该驾驶室具有良好的防护作用。