《Engineering Failure Analysis》：Analysis of damage to the support mechanism of a semi-trailer for transporting glass sheets
编辑推荐：
•玻璃窗固定机构的损坏影响了道路运输过程中货物的稳定性。•设计假设不正确，原因是低估了固定和运输货物过程中作用在液压支腿上的力，导致固定机构损坏。•安装元件的局限性导致了结构弱点。•有限元分析证实了固定节点中力和应力值的解析计算结果。引言运输是确保安全交货连续性的过程，其可靠
- •
玻璃窗固定机构的损坏影响了道路运输过程中货物的稳定性。
- •
设计假设不正确，原因是低估了固定和运输货物过程中作用在液压支腿上的力，导致固定机构损坏。
- •
安装元件的局限性导致了结构弱点。
- •
有限元分析证实了固定节点中力和应力值的解析计算结果。
引言
运输是确保安全交货连续性的过程，其可靠性因此是任何国民经济正常运转的必要条件。物流的理论原理在文献[1]、[2]、[3]中进行了系统化。由于运输的重要性，供应链管理的[4]、[5]、[6]和风险管理[7]、[8]、[9]的研究正在展开。文献[10]、[11]中开展了货物安全控制的研究。这些出版物为定义物流风险概念提供了理论基础，从而促进了运输管理模型的发展。文献[12]研究了与概率分布相关的概念，并预测了部分研究成果在风险分析算法中的应用。
评估运输过程可靠性的基本标准是货物保持完好无损。这直接受到货物特性的影响，货物特性决定了其运输适用性[13]、[14]、[15]，选择合适的运输技术[16]、[17]、[18]的范围，以及需要在外部力作用下防止货物移动而进行固定[19]、[20]。选择固定带的数量及其强度参数的方法包括在标准[21]、[22]中。尽管按照法律规定，固定货物的责任由托运人和司机承担，但这一任务有时会被错误执行或疏忽处理。形成运输文件基础的数学模型[21]、[22]与实际物理现象之间的差异在文献[23]中有所描述。运输过程中对货物稳定性最重要的威胁来自货物边缘处绑扎带张力的变化、离心力作用下货物移位的可能性，或绑扎带张力不均匀。本文还考虑了层状货物运输中出现不稳定性的情况。在不同路面参数的道路上行驶时，沿笛卡尔坐标系对称轴的实际加速度系数测量是文献[24]的研究主题。那里进行的研究揭示了由于定量表征的路面质量不同，各方向的加速度系数值存在显著差异。因此，对[21]中的公式进行了修正，以考虑路面的具体特征。文献[7]中也包括对所运输货物纵向和横向加速度值的研究。研究表明，水平加速度为0.2g可视为货物单元的最小稳定性。稳定性小于0.2g的货物单元被归类为完全不可接受进行运输，除非对其固定方法进行全面分析。
为了研究框架结构在各种载荷下的应力应变状态，采用了文献[25]中所述的静力分析、动力（模态）分析和结构疲劳分析方法。对于此类计算，最常用的是有限元方法[26]，使用的软件包包括ANSYS [27]、[28]、[29]、ABAQUS [30]、[31]、[32]、[33]、HyperView、Nastran、Patran [34]、[35]、SOLIDWORKS [25]、[36]、PC "LIRA – CAD" 软件包[37]或COMSOL Multiphysics [38]。这些现代计算和优化方法能够在框架结构设计的早期阶段[39]、[40]、[41]对其进行显著改进，或在运营期间[42]、[43]对其进行现代化改造。还提出了一种基于子结构迁移学习的故障识别方法，该方法旨在解决大型结构之间迁移学习实施的挑战，这些结构存在显著差异[44]。
与运输抗脆性断裂能力低的货物相关的科学研究尚未发表。仅文献[45]介绍了玻璃制品运输搬运的特点。该文献描述了运输和固定大型玻璃窗所需的程序和设备，并规定了承运人在收件人场所装卸过程中对货物运输的责任。运输玻璃板需要使用专用半挂车，其中货物通过可调支腿机构进行固定。然而，现有文献中缺乏对道路运输此类货物时所用固定机构的具体研究。已知研究包括固定螺栓的强度[46]、[47]、[48]、振动对螺栓连接的影响[29]，或机器和运输设备各种元素的固定[49]、[50]，但它们不能直接适用于我们机构的情况。本文是对现有各种货物稳定性、车辆总成损坏、专用车辆和半挂车科学研究的重要补充。
本研究的主要目标是确定专用半挂车上窗玻璃形式的货物固定结构损坏的原因。因此，本文是对上述文献的宝贵补充。本文进一步探讨并检验了一个假设，即设计假设不正确，既包括固定方面的，也包括低估运输过程中作用在货物上的力。研究涉及对简化货物模型的解析计算，考虑了预测大小的外力。计算结果通过有限元强度分析进行了验证，该分析还用于模拟使用自推支腿机构的货物固定过程。损坏是在通过环形交叉路口时发现的，此时铰接式车辆（牵引车-半挂车）正在重刹车并改变方向。分析的目的是重建在半挂车绕环形弯道行驶时固定元件上观察到的损坏的起源。
章节摘要
分析对象
半挂车载运的是尺寸为6000 mm x 3210 mm的3毫米和4毫米厚的窗玻璃。货物总重量为m = 23,616 kg。装载符合制造厂商为装载半挂车提供的技术规格。在以不超过v = 20 km/h的速度绕环形交叉路口行驶时，离心力将货物支腿机构从导轨上撕脱。这导致货物移位并受损。为了在之后继续行驶
半挂车检查
在所分析的半挂车上，支腿机构的底座1通过四颗外六角头螺栓7（图2a）连接到两个平行导轨6上（图1b和1c），螺栓为M16x2螺纹，性能等级为8.8（表2）。螺栓头插入导轨凹槽中（图2b）。通过拧紧螺母8来确立和锁定支腿机构的位置。
导轨6由弯曲的钢型材制成，截面尺寸为32x30 mm（宽度 x 高度），壁厚
结论
基于对卡车半挂车上窗玻璃形式货物固定节点紧急损坏情况的解析计算和有限元强度分析，得出以下结论：
- 1-
螺栓头无法与导轨对齐导致确定这些组件之间表面压力时至少有7%的不确定性。可以得出结论，由于螺栓头更容易被提前卡住的可能性，相对于导轨，不太有利的头部位置更为可能
CRediT作者贡献声明
Kazimierz Drozd：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，验证，软件，方法论，调查，数据管理。Aleksander Nieoczym：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，验证，监督，正式分析，数据管理，概念化。Jacek Caban：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，资源，项目管理，方法论，调查，正式分析，概念化。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
Kazimierz Drozd|Aleksander Nieoczym|Jacek Caban
