随着国家采矿工程的日益发展,矿用自卸车也变得越来越畅销,由于自卸车自身重量大,耗油量成为用户在选择车型时非常关心的问题之一,因此对自卸车进行轻量化设计是目前各大厂商的主要发展方向。通过研究发现,自卸车车厢重量占据了整车重量的绝大部分,车厢轻量化是降低自卸车生产成本、减少燃油损耗的有效途径。本课题以某矿用自卸车车厢为研究对象,该款自卸车在投入使用后批量发生车厢破坏问题,通过实地调研并结合有限元计算,从结构优化、尺寸优化和替换轻质材料三方面对车厢进行改进,不断校核新车厢在危险工况下的应力和变形情况,最终解决了该自卸车车厢在使用过程中出现的变形严重和关键部位易开裂等问题,同时实现了车厢的轻量化设计,提升了产品竞争力。本文研究从以下三个方面进行:(1)原自卸车车厢三维造型及有限元建模分析。通过实地调研采集自卸车车厢故障信息,初步掌握车厢的主要破坏形式及发生位置。结合相关技术标准,根据自卸车在实际运输过程中经历的五种典型工况(匀速、急刹车、转弯、举升0°和举升11°),对原车厢进行静力学分析和危险工况分析,结果表明:原车厢整体应力水平较低,但在一些受约束且截面积较小的位置容易出现应力集中,使得车厢应力升高。其中前板总成在急刹车工况下的应力和变形最大,车厢前板有较大材料富余;边板总成在转弯工况下的应力和变形最大,各部件均满足使用要求,有较大材料富余;底板总成在举升11°工况下的应力和变形最大,应力集中现象明显,底板纵梁及旋转支架横梁不满足强度要求,结合实际破坏情况得出结论,正是由于底板总成结构设计不合理,导致车厢出现变形和开裂等故障。(2)自卸车车厢轻量化设计。首先对原车厢底板总成梁结构进行改进设计,采用材料替换和变截面的方法对旋转支架横梁和底板纵梁两个危险组件进行改进,使其满足强度和刚度要求。然后提出了两种车厢轻量化方案,第一种方案是基于Opti Struct模块对车厢进行整体尺寸优化设计,并结合危险工况进行有限元模拟,结果表明:尺寸优化得到的新车厢各组件的应力和变形均满足强度和刚度要求,新车厢总重量为5.7t,车厢整体减重12.3%。第二种方案提出了一种新型三明治板车厢结构,采用DP780高强钢金属三明治板代替车厢边板,并对新型车厢结构在转弯工况下进行静强度分析,结果表明:相比于第一种方案,三明治板车厢结构的最大变形量有所增加,但车厢的强度和刚度仍满足标准要求,三明治板车厢的最终重量为5.3t,车厢整体减重18.5%,轻量化效果明显。(3)新车厢焊装生产及质量跟踪检测。结合实际生产情况,虽然三明治边板车厢结构减重效果更好,但由于三明治板的焊接工艺复杂,生产成本高,而尺寸优化得到的车厢轻量化结构生产工艺更为成熟。因此厂商最终选用了第一种方案进行生产,并对新车厢结构进行质置跟踪检测,结果表明:车厢在投入使用后没有出现严重的变形和开裂等问题,使用性能优于原车厢结构,同时也验证了车厢轻量化设计的合理性及车厢有限元分析结果的准确性。本文通过实地调研并结合有限元计算,从自卸车车厢现存的破坏问题出发,提出从有限元建模、静力学分析、破坏形式分析、轻量化设计、焊装生产到质量跟踪等一体化解决方案,为自卸车车厢轻量化设计提供有益参考。