某型车驾驶室有限元分析

某型车驾驶室有限元分析
祁磊;张凯鹏;郑宇龙
【摘要】本文利用ANSYS 10.0有限元分析软件对某型车驾驶室进行了FEA建模,并以冲击波流场的计算结果为结构的动态载荷,对两种工况进行了动态响应分析,分析结果表明此驾驶室强度基本可承受该气流冲击,本文计算结果为设计提供了参考.【期刊名称】《汽车实用技术》
【年(卷),期】2010(000)002
【总页数】3页(P5-7)
【关键词】汽车;驾驶室;有限元分析
【作者】祁磊;张凯鹏;郑宇龙
【作者单位】陕西重型汽车有限公司,汽车工程研究院;陕西重型汽车有限公司,汽车工程研究院;陕西重型汽车有限公司,汽车工程研究院
【正文语种】中文
1.前言
此型车要求能承受住一种冲击波的冲击破坏，故驾驶室的设计难点，在于冲击波对车身的冲击破坏。

该冲击波对车结构的动力响应,对于整个系统的结构稳定性以及驾驶操作人员的安全性有着重要的意义。

这种冲击波产生的破坏，轻则使操作手产生短时间的耳鸣耳聋，重则会造成耳痛甚至会出现耳膜出血，直接影响操作人员的身体健康。

因此，在设计过程中，必须对气流冲击破坏进行校核，它直接影响到系统的总体布置。

在这样的背景下，本文主要以冲击波流场的计算结果为结构的动态载荷,对车身结构两种工况，用有限单元法分析了结构的动态响应，得到了结构的应力、变形以及冲击破坏情况。

其计算结果较为合理，为驾驶室的设计提供了参考。

2.几何模型和有限元模型
2.1.几何模型
在建立白车身的几何模型时，不能直接利用CAD的设计数据，必须对模型进行必要的简化之后而得到。

简化之后的模型如图2-1所示：
图2-1 驾驶室有限元模型
图2-2 驾驶室有限元网格
2.2.有限元模型
在建立驾驶室的几何模型时，需要点焊的地方，加上硬点，点焊焊点采用两种方式处理：①几何上完全协调，消除了料缝的地方，使两个零件相同位置硬点处的两个节点同节点化，使之连为一体；②部分有料缝的地方，采用MPC连接两个硬点处的节点。

CO2保护焊缝用MPC连接相应位置处的节点来模拟CO2焊缝。

完成后的有限元模型如2-2图所示：
3.约束和载荷条件
3.1.有限元模型约束条件：
驾驶室底部三点固定约束，发动机罩底部四点固定约束。

3.2.两种载荷工况
因此型车用途特殊，驾驶室需要承受时间非常短而强度却非常大的冲击波，故其结构强度必须满足要求，以免乘员受到伤害。

本文选取了两种比较典型的工况对驾驶室进行了有限元分析。

图3-1、3-2显示了该冲击波流场模拟后的等值压力线图：图3-1 工况一流场分析结果
图3-2 工况二流场分析结果
根据图3-1流场分析结果，选择出现最大压力时刻的压力等值线图为载荷依据。

此时最大压力为328307Pa。

图3-3显示了载荷作用在有限元模型上情况。

其中
红色区域为最大压力区域，最大值约328307Pa
图3-3 工况一载荷分布情况
图3-4 工况二载荷分布情况
根据图3-2流场分析结果，选择出现最大压力时刻的压力等值线图为载荷依据。

此时最大应力为643496kPa。

图3-4显示了载荷作用在有限元模型上情况，其中红色区域为最大压力区域，最大值约643496Pa。

4.有限元分析结果
4.1.模态分析结果
白车身有限元理论模态分析结果的前几阶自由模态如表3-1所示：
表3-1?
4.2.冲击波响应分析结果
计算采用ANSYS动力学瞬态分析模块。

图4-1和图 4-2分别为工况一应力和位
移最大值附近瞬时的应力云图和位移云图；图4-3和图4-4分别为工况二应力和
位移最大值附近瞬时的应力云图和位移云图
图4-1 工况一应力云图
图4-2 工况一位移云图
根据工况一结果云图可以看出，驾驶室最大应力和最大位移均出现在风窗玻璃和发动机罩的中间接合处，因此此处强度应引起注意。

图4-3 工况二应力云图
图4-4 工况二位移云图
根据工况二结果云图可以看出，驾驶室最大应力出现在发动机罩左侧合轮罩结合处；
最大位移出现在前风窗玻璃合左车门玻璃，此两处强度应引起注意
5.结论
本文把给定的冲击波流场，转化为有限元模型的载荷分布，利用有限元软件ANSYS分析了结构的模态和动态响应，得到了结构的应力、变形以及冲击破坏情况。

从本文所述的两种工况的结构动态响应，其强度基本可承受该气流冲击，本计算结果为某型车的设计提供了参考。

参考文献：
[1]“客车车身结构有限元分析”张宏伟大连理工大学硕士学位论文2005 中国·大连。