大客车车身骨架结构强度分析及其改进设计_石琴
大客车骨架设计与优化探析
大客车骨架设计与优化探析摘要:随着社会的发展,越来越多的人需要出行,对于大客车的需求也越来越高。
我国人口众多,公共交通是我国发展的主流。
大客车作为公路客运最主要的一种形式,与航空、铁路相辅相成,每年承担着城乡、城际等重要的载客任务。
优化车身骨架设计方案与用料是增加大客车的安全性的一种重要方法,通过合理的设计可以有效地提升大客车的安全性。
关键词:大型客车;车身骨架结构设计;优化;骨架轻量化设计;引言:大客车骨架的结构设计和优化的主要目的在于实现大客车的轻量化。
车身骨架的轻量化设计以降低质量,并且通过结构的设计优化保证车身的强度、刚度,从而降低成本、提高燃油经济性。
文章选用全承载式车身,对客车骨架的局部结构进行优化设计,对大客车的车身进行了优化。
一、大客车车身骨架结构设计分析1.1整个车身结构的整体规划原则乘用车的结构设计与汽车的结构设计相同。
一个优秀的车辆整体设计方案,可以在简化车身零件设计难度,优化制造综合成本,维修保养的难易程度,车身强度,整体经济性等多方面做到最佳的平衡,从而使得产品在激烈的市场竞争中保持一个优秀的竞争优势。
在此阶段,车企往往采用多人联合设计的方式来加快一款车型的设计速度,这就在一定程度上引入了更多的不确定性,增加了设计团队之间的沟通成本,往往导致车身设计无法取得最优解。
因此在设计过程中应当进一步加强大客车结构设计的整体性,对客车结构设计进行集中统一管理,保证母线结构设计达到预期的规划效果,结构设计满足力学要求。
总而言之,设计师不应增加结构规格,而应采用优化的结构方法,提高材料应用效率,减轻车身重量。
1.2闭环结构应用分析通过对车辆的整体设计方案机械能闭环结构分析,可以有效地提高车身的整体刚度,特别是客舱结构的刚度,从而可以增加大客车运行的安全性。
闭环分析是一种行之有效的,可量化的分析方案,其特点更是一种适合在计算机辅助设计软件的帮助下进行分析的方式,由于计算机的快速计算能力可以代替大量的人工计算,这种分析方式在近年来随着计算机技术的不断发展而迅速走进各大国内外车企的设计环节当中,成了车身设计必不可少的一部分。
客车车身骨架结构有限元分析与研究
客车车身骨架结构有限元分析与研究一、本文概述随着汽车工业的快速发展,客车作为公共交通的重要工具,其车身骨架结构的设计与性能对于乘客的安全与舒适至关重要。
本文旨在通过对客车车身骨架结构进行有限元分析,深入探讨其结构特性、强度分布及优化策略。
我们将简要介绍客车车身骨架结构的基本构成和设计要求,为后续的分析与研究奠定基础。
接着,我们将详细阐述有限元分析的基本原理及其在客车车身骨架结构分析中的应用。
在此基础上,我们将通过具体的案例分析,展示有限元分析在客车车身骨架结构优化中的实际效果。
我们将总结本文的主要研究成果,并对客车车身骨架结构的未来发展趋势进行展望。
通过本文的研究,我们期望能为客车车身骨架结构的设计与优化提供有益的参考和指导。
二、有限元分析基础有限元分析(Finite Element Analysis,简称FEA)是一种数值计算方法,广泛应用于工程领域,用以求解复杂结构的静力学、动力学、热力学等问题。
该方法基于结构离散化思想,将连续体划分为有限数量的离散单元,每个单元通过节点相互连接,从而将整个结构的问题转化为离散单元的问题。
有限元分析的基础包括以下几个主要方面:单元类型与选择:有限元分析中的单元类型多种多样,包括一维杆单元、二维平面单元和三维实体单元等。
选择合适的单元类型对于分析结果的准确性至关重要。
在选择单元类型时,需要考虑结构的几何形状、材料特性、加载条件以及分析目的等因素。
材料属性:在有限元分析中,材料属性如弹性模量、泊松比、密度等对于计算结果的准确性至关重要。
这些属性通常通过实验测定或通过材料手册获得,并需要在分析前进行准确设置。
边界条件与加载:边界条件是指结构在分析过程中受到的约束条件,如固定支撑、铰链连接等。
加载是指结构所承受的外力或外部作用,如静力、动力、温度等。
正确设置边界条件和加载是确保分析结果正确性的关键。
求解方法与后处理:有限元分析的求解方法包括直接法、迭代法等。
求解完成后,需要对结果进行后处理,包括提取数据、绘制图表、进行参数优化等。
客车车身骨架结构有限元分析与研究
客车车身骨架结构有限元分析与研究客车车身骨架结构有限元分析与研究近年来,随着人们对乘坐舒适性和安全性要求的提高,客车的车身骨架结构设计变得越来越重要。
车身骨架是承载车身荷载和碰撞力的重要组成部分,对车身的刚度、稳定性和安全性起着决定性的作用。
因此,通过有限元方法对车身骨架结构进行分析与研究,能够提高车身设计的效率和可靠性。
有限元分析是一种基于数值计算的力学分析方法,广泛应用于工程领域。
通过将真实的结构划分为节点和单元,建立数学模型,并对其进行离散化处理,然后利用数值计算方法对其进行求解,从而得到结构的应力、应变、刚度和振动特性等信息。
在客车车身骨架结构的研究中,有限元分析可以提供详细的结构变形和应力分布信息,帮助工程师进行合理的设计和优化。
在对客车车身骨架结构进行有限元分析前,首先需要进行几何建模。
通常采用三维 CAD 软件对客车车身进行建模,包括主体结构以及连接横梁、柱等。
建模完成后,需要对模型进行网格划分,将模型离散化为许多小单元,以便进行数值计算。
在进行网格划分时,需要注意合理控制单元的数量和大小,以平衡计算结果的准确性和计算时间的消耗。
接下来是材料和边界条件的输入。
客车车身通常由钢板和铝合金构成,钢板主要用于承受荷载,而铝合金主要用于减轻车身重量。
在有限元分析中,需要对所使用的材料进行力学性质输入,包括杨氏模量、泊松比和屈服强度等。
同时,还需要设置适当的边界条件,例如固定某些节点位置,模拟车身与轮胎的接触等。
在输入完相关参数后,可以进行有限元分析计算。
计算过程中,根据所设定的加载条件,将荷载施加在模型的合适位置上,然后利用数值计算方法对模型进行求解。
求解过程中,可以得到车身结构的应力、应变、位移和刚度等信息,以及对应的应力云图和振动模态图。
有限元分析计算完成后,需要对结果进行评估和分析。
可以通过比较计算结果与实验结果的差异,来评估有限元模型的准确性。
同时,还可以对结构的刚度、稳定性和安全性进行评估。
基于HyperWorks的客车车身骨架强度分析与结构改进
21 年 1 00 2月
湖 北 汽 车 工 业 学 院 学 报
J u n lo b i tmoieId sr sI si t o r a fHu e Au o t n u t e nt u e v i t
Vo .2 No 1 4 .4 De .2 0 e 01
Ab tac s r t:Usng Hy e W o ks s fwa e p af r i p r r ot r lto m,t e FEM mo ei f a 6- tr o af l a h dl ng o me e —lng h l— o d-
b a i g b s b d r me wa e p a d t e s e gh c lu ain w s d s u s d u d r ma y k n s o e r u o y fa s s tu n h t n t a c l t a ic s e n e n i d f n r o
o e a i g mo s p r tn de .Th sr s a l ss r s t i ia e h t o c n r t d sr s a e s l s s me e te s nay i e uls nd c t t a c n e tae te s r a i a mo t a
运 用 H p r rs y eWok 软件 对某 客车 车身 骨架进 行
了有 限元建模 . 5种实 际模拟 工况进 行 了强度 分 对 析. 旨在根据分 析结 果对其 骨架 结构进 行改 进设 计
薄 壁 梁 杆 件 焊接 而 成 . 料 为 Q 3 材 2 5钢 . 车架 采 用 1 Mn 6 L钢 . 身 骨 架 设 计 安 全 系数 为 1 . 用 应 车 .许 5 力 为 1 7MP : 车 最大 载重 质量 6 0 g 整备 质 5 a该 5 0k . 量 3 0 g 整 车 附件 包括 发 动 机 、 速器 、 9 0k : 变 空调 和 油箱 等 ; 悬架 为钢 板弹 簧 。 通过 分析 , 车身结 构可 以
大客车车身结构强度及刚度分析
xx彩霞xx近年来,随着城市公共交通的不断发展,在经济发达、城市化水平高的大型及特大型城市对大型城市公交客车提出了更高的要求。
对于国内的大客车而言,道路行驶条件较为严峻,通常为B级或C级路面。
客车在高低不平、崎岖起伏的道路上行驶时,整个车身骨架会产生成为车架强度主要问题的反复约束扭转应力。
因大客车车身是由空间骨架、抗弯薄板、壳体和应力蒙皮等构成的空间高次超静定结构。
各杆件结构形状各异,而且杆件之间的连接也是多种多样,骨架受力情况比较复杂,难以用经典的理论方法进行研究。
本文运用有限元方法和电测量技术对某白车身结构进行了研究,并对构件的形状、布置以及板材厚度等影响进行了分析,通过反复模拟计算,设计出满足车身刚度和强度等性能要求的轻量化结构。
1模型的建立1.1车身骨架模型(1)整体坐标系的建立,以通过前轴中心线的垂直平面与客车纵向对称面的交线与车架上平面的交点为坐标原点;以客车前进的反方向为X轴的正方向;以从原点垂直向上的直线为Z轴的正方向;由右手定则确定Y轴。
(2)本文应用ANSY&S序及车身结构模型化方面成功的经验,选取某半承载框架式结构的大客车为研究对象,该车整个骨架由矩形钢管以及钢板冲压件通过焊接而成。
建立模型时取各构件之间的连接点、集中载荷的作用点作为有限元计算模型的节点。
根据模型的简化原则,样车车身骨架被划分为1281个长度不等,截面形状各异的单元和783个节点,见图1。
1.2车身有限元计算时载荷的处理(1)对于车身骨架的白重,在软件前处理程序中输入骨架材料密度和重力加速度,程序便根据所输入的单元截面形状、实常数白动将单元载荷因子的信息计入总载荷,进行计算。
(2)对乘客和座椅质量分别在相应受力点上施力。
对于车窗玻璃质量,考虑窗框质量,取系数k=1.2,以均布载荷的形式加到车身骨架腰梁的相应单元(构件)上。
对于底盘各总成质量,以静力等效的原则按实际位置以集中载荷施加。
(3)车架的两根纵梁均为开口薄壁结构,截面形心和弯曲中心不相重合。
大型客车车身骨架结构分析与轻量化研究
大型客车车身骨架结构分析与轻量化研究发布时间:2021-05-19T11:34:01.757Z 来源:《基层建设》2020年第31期作者:黄福全[导读] 摘要:近年来,随着人们对乘车安全性要求的不断提高和能源问题的出现,使得客车整车的安全性设计、轻量化设计显得尤为重要。
身份证号码:45212619861218XXXX 摘要:近年来,随着人们对乘车安全性要求的不断提高和能源问题的出现,使得客车整车的安全性设计、轻量化设计显得尤为重要。
因此,进一步提高客车结构的设计水平将成为各客车企业和研究机构工程技术人员的重要课题。
关键词:客车改进;车身骨架;轻量化设计一、车身结构力学控制理论分析客车车身结构分非承载式、半承载式和全承载式三类。
笔者认为,全承载式车身结构是今后客车结构设计的主流。
非承载式或半承载式车身与全承载式车身最大的不同就是有独立的大型式车架,而全承载式车身是由截面相对较小的异型钢管将车身拼焊成一个整体承载结构。
力学分析可知,由于杆件(细长构件)抵抗轴向变形的能力很强,抵抗弯曲和扭转变形的能力很弱,所以要保证车身(车架)有足够的刚度,非承载式或半承载式车身的车架纵梁的截面尺寸要取得很大。
非全承载式车身(车架)设计有一种说法,“只要车身(车架)的刚度满足要求,其静强度及疲劳强度自然都可以满足要求”,即对非承载式或半承载式车身结构设计进行校核时通常是以“刚度理论”来控制。
全承载式车身完全是由杆件结构形成,通过合理的结构设计,使车辆在行驶过程中产生的弯曲和扭转力均沿着杆向传递。
由于杆件抵抗轴向变形的能力很强,所以这种结构如果设计合理,可以非常有效地提高车身的整体刚度,因此,采用这种结构设计时一般刚度不是问题,主要是要考察各杆件自身的强度是否合适,即要采用“强度理论”来控制。
由以上分析可以看出,“刚度理论”控制下设计的车身结构的强度和刚度是由每一个构件自身来保证的,因此为保证整个车身强度、刚度合理,车身骨架设计必然足够可靠,必然会浪费材料,整车轻量化也必然受到很大限制;“强度理论”控制下采用的全承载式车身,其结构刚度是由合理的结构去保证的,而全车结构强度只要每个构件的强度足够就可以,因此材料使用自然大大减少,整车的轻量化自然有很大空间,但关键是如何找到最佳的力流传递规律,使整车结构设计合理。
大客车车身骨架结构强度分析及其改进设计
大客车车身骨架结构强度分析及其改进设计作者:王锋来源:《中国科技博览》2018年第18期[摘要]现在客车骨架的轻量化主要研究趋势则是轻量化材料使用和合理车身结构设计两个方面。
经过对大客车骨架的设计与优化能够在保证客车车身强度等要求的前提下,尽可能的减少车身骨架的材料,能够在必定程度上降低车身的质量,使其轻量化,然后减少客车的制作成本,前进燃油经济性,减少客车动力消耗,缓解日益严重的动力危机。
并且车身结构的优化能够提升客车的驾驭性能与安全性。
[关键词]大客车车身;骨架结构;强度分析;改善设计中图分类号:S475 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2018)18-0082-02随着现代交通的开展和客车工业的前进,客车现已彻底融入到我们的日常生活中。
我国人口众多,公共交通是我国开展的干流。
客车不只具有及时敏捷的特色,并且能够完成点对点的直线运送,机动灵活性十分强。
大客车作为公路客运最主要的一种方式,与航空、铁路相得益彰,每年承担着城乡、城际等重要的载客使命。
因而,客车的节能和环保直接影响着我国的动力和环境。
据统计,客车质量每降低10%,相应的耗油量减少6%-8%,尾气排放也会降低许多。
客车车身质量占整个轿车整备质量的20%-30%,因而客车车身轻量化有助于客车油耗的降低和污染物排放的减少,对我国生态文明建设意义重要。
1 车身结构文章选用的是12M的二轴客车,其最大答应质量为18000kg,轴距为6000mm,车宽与车高的限值分别为2500mm和4000mm。
根据车身骨架的结构来断定车窗、车门等设备的方位分散。
并对车窗、车身、行李舱、底架、车顶等进行预设计。
有限元模型使用ANSYS软件分分出客车骨架的全体应力分散情况,对模型施加载荷和束缚,模仿客车内行驶过程中各工况的应力情况,对客车骨架进行验证。
1.1 各典型工况下的静力分析各工况下的主要载荷与施加方式如表1所示。
1)紧急制动工况。
该工况下,前悬架装配出节点的X(ux)、Y(uy)、Z(uz)这几个平动自由度,并开释滚动自由度,后悬架出约束Y、Z两个方向上的平动自由度,开释其他自由度。
大客车车身结构强度及刚度分析
大客车车身结构强度及刚度分析作者:斯彩霞杨绪红近年来,随着城市公共交通的不断发展,在经济发达、城市化水平高的大型及特大型城市对大型城市公交客车提出了更高的要求。
对于国内的大客车而言,道路行驶条件较为严峻,通常为B级或C级路面。
客车在高低不平、崎岖起伏的道路上行驶时,整个车身骨架会产生成为车架强度主要问题的反复约束扭转应力。
因大客车车身是由空间骨架、抗弯薄板、壳体和应力蒙皮等构成的空间高次超静定结构。
各杆件结构形状各异,而且杆件之间的连接也是多种多样,骨架受力情况比较复杂,难以用经典的理论方法进行研究。
本文运用有限元方法和电测量技术对某白车身结构进行了研究,并对构件的形状、布置以及板材厚度等影响进行了分析,通过反复模拟计算,设计出满足车身刚度和强度等性能要求的轻量化结构。
1 模型的建立1.1 车身骨架模型(1)整体坐标系的建立,以通过前轴中心线的垂直平面与客车纵向对称面的交线与车架上平面的交点为坐标原点;以客车前进的反方向为X轴的正方向;以从原点垂直向上的直线为Z轴的正方向;由右手定则确定Y轴。
(2)本文应用ANSYS程序及车身结构模型化方面成功的经验,选取某半承载框架式结构的大客车为研究对象,该车整个骨架由矩形钢管以及钢板冲压件通过焊接而成。
建立模型时取各构件之间的连接点、集中载荷的作用点作为有限元计算模型的节点。
根据模型的简化原则,样车车身骨架被划分为1281个长度不等,截面形状各异的单元和783个节点,见图1。
1.2 车身有限元计算时载荷的处理(1)对于车身骨架的自重,在软件前处理程序中输入骨架材料密度和重力加速度,程序便根据所输入的单元截面形状、实常数自动将单元载荷因子的信息计入总载荷,进行计算。
(2)对乘客和座椅质量分别在相应受力点上施力。
对于车窗玻璃质量,考虑窗框质量,取系数k=1.2,以均布载荷的形式加到车身骨架腰梁的相应单元(构件)上。
对于底盘各总成质量,以静力等效的原则按实际位置以集中载荷施加。
城市客车车身骨架有限元分析及改进设计
城市客车车身骨架有限元分析及改进设计*岳凤来吴志新周荣(中国汽车技术研究中心,天津300162)Finited element Analysis and improvement design of a urban bus body frameworkYUE Feng-lai ,WU Zhi-xin ,ZHOU Rong(China Automobile Technology And Research Center ,Tianjin 300162,China )文章编号:1001-3997(2009)06-0049-03【摘要】分析了城市客车车身骨架有限元模型的建立方法,以梁壳混合单元建立某6108大客车车身骨架有限元模型,完成了车身静力特性分析。
主要分析了静态弯曲工况(匀速直线运动)、静态扭转工况(通过扭曲路面)、紧急制动工况、紧急转弯工况的应力变形情况。
还完成了车身模态特性分析,主要分析自由状态下整车的前六阶振型图。
对整车各部分骨架提出的轻量化方案使整车骨架质量降低6.53%,但没有增加应力变形水平。
关键词:客车车身;有限元;静力学;模态;改进设计【Abstract 】Finited Element Model establishing method of urban bus is analysised.The finited ele -ment model of a 6108bus is established with the beam-shell mixed element ,complete the static perfor -mance analysis of body structure.This thesis analyzes stress and distortion of body structure ;the situations are static bending ,static retortion ,emergency braking and turning.This thesis also complete the mode analysis which analyzes the first six vibrancy distortion graphic under free restriction.The lightweight pro -gram of the body framework reduces the mass by 6.35%,but the stress distortion does not increase.Key words :Bus body ;FEA ;Static analysis ;Modal analysis ;Improvement design*来稿日期:2008-08-09*基金项目:天津市科委科研项目中图分类号:TH12文献标识码:ACAE (计算机辅助工程分析)技术的兴起及应用,滞后于CAD 技术。
客车骨架结构强度分析与设计研究
客车骨架结构强度分析与设计研究摘要:我国汽车业开始了迅速的发展,其中客车的发展尤为迅速,越来越多的企业都开始自主研发客车。
但是由于各种原因,使得现在许多客车在骨架结构强度上存在着一定的问题,影响了客车的安全性。
如何分析与设计出结构强度更加合理的客车骨架,成为了一个迫切需要解决的问题。
关键词:客车骨架;结构强度;研究随着社会的发展,越来越多的人需要出行,对于客车的需求也越来越高。
现在制造客车的工厂越来越多,竞争压力越来越大,无数工厂都在想着怎么样优化客车。
客车的骨架基本上承载了车上所有的重量,是客车的核心,要想优化客车就必须先从骨架做起。
只要在保证骨架结构强度的基础上减少骨架结构的重要,就可以对客车实现优化。
1、三维模型的建立在三维模型的建立中,既需要保证客车的骨架结构完全反映,又需要对客车的结构进行简化。
在这个过程中,需要抓好客车骨架中关键的部分,若是完全把汽车结构画下来的话太过麻烦,若是缺少了某些关键部分的话又无法准确的进行分析。
所以,在三维模型的建立中,对于那种与承载重量无关的地方首先可以忽略掉,再者处理结点问题时,对于那种距离较近的结点,完全可以将其合并在一起,对于弯曲的地方,完全可以像机械设计上那样将完全的地方转换成垂直的地方。
在确认了建模的流程之后就可以利用计算机技术对其进行建模,如利用CAD画出客车简化后的模型,使得模型能够更好的反映车中的实际情况2、有限元模型的建立2.1网格尺寸在建立有限元模型的过程中,首先需要对客车进行分块建模,分块的规则由自己来定,往往都是按照客车各部分的零件来进行分块。
在划分网格时,一定要做到便捷、准确,越小的网格当然越能反映出客车的真实情况,但是也带来了更大的计算量;当然网格要是过大就不能真实反映出实际情况。
一般在划分网格时,选择25mm单元尺寸,即保证了计算的准确性,也没有过于复杂的计算量。
2.2单元处理及模型连接客车作为比较规则的物体,划分出来的大部分单元还是比较规则的,但是依然有部分地方的单元是不规则的。
客车车身骨架结构刚度特性分析
固定 。 轴 间加一极 限扭矩 ( 轴负 荷 的一半乘 以轮 前 前
距 ) 相 当于 客车 单 轮悬 空 的极 限 受力 情 况 , 拟 客 。 模 车在 崎 岖不平 的道路 上低速 行驶 时 产生 的斜对 称 垂 直 载荷 。
22 动态 刚度 特性 研究 .
些 简化【 为 了能 比较精 确地 反应 车身 骨架 的实 际 1 ] 。
受力情 况 .选用 三维 线性 有 限应变 梁单 元 B a 8 e m1 8
建立其 有 限元模 型 .该单元 支持 简单 的截面定 义 方
式 。 利 于减 少建 模 过 程 的工 作 量 : 于 车载 设 备 , 有 对
身 骨架 的受 力 情 况 也 比较 复 杂 .特 别 是 在 高低 不 平 、 岖 起 伏 的道 路 上 行 驶 时 。 身 骨架 反 复受 到 崎 车
扭转 。 生成为车架强度 、 产 刚度 主要 问题 的反 复 约 束扭 转应 力 。 车身 结构 刚 度是 指 车 身结 构反 映 出 的
维普资讯
客 车 骨 结 刚 特 分 潘 车 身 架 构 度 性 析/ 震. 琴 石
设 计 - 突 礤
霉 牵 牵, 骨 鬃 绪
潘 震. 石 琴
糙 辩 糖
( 肥工业大学 机械与汽车工程学院 , 肥 206 ) 合 合 30 9
摘 要 : 论 了客 车 车 身 骨 架 有 限元 模 型 的建 立及 其 实 验 验 证 , 此 基 础 上 对 车 身 骨 架 结 构 进 行 了水 平 弯 曲 、 限 扭 讨 在 极 转工 况 的模 拟 计 算 , 到 结 构 的 应 力 、 变 、 矩 和 弯矩 分 布 情 况 。进 行 了模 态 分析 , 得 车 身骨 架 的模 态 参 数 之 后 , 得 应 扭 获
大客车车身骨架结构动应力仿真计算
[ 要] 运用模态综合 技术和弹性力学理论 , 摘 研究 了由路 面不平度 引起 的车身动应 力的形成机 理及其仿 真计 算方法 。将其应用 于样车车身骨架结构 的动态强度分析与设计 , 从底 盘与车 身的模态参 数和路 面激励 两方 面分 析 了样车动应力 的特征 。样 车的动态强度试验 , 验证 了仿真分析结果 的正确性。
研 究 了车 身动应 力 的仿 真计 算方 法 … 。
日 吾 J I
1 系统动力 学方程
大客车车身骨架是整车 的基体 , 承受着客车 的
所有 动 、 静态 载荷 , 结构 设计 对 于整 车 的性 能 起 着 其 举足 轻 重 的作 用 。 目前车 身 结构 动 态强 度 的校 核 主
划 分 为 簧 上 和 簧 下 两 部 分 ( l 示 系统 I和系 图 所 统 Ⅱ) 所 分 析 的 振 动 系 , 统 包 括 簧 上 结 构 和 悬 架
. 。 ; /
两部 分。将 车 桥传 到 悬 架 的载 荷 Z() 为 系 统 t作
_
振 动激 励 , 车身 骨 架 上 各 图 1 振动系统分析简图 节 点 的动态 响应 作 为输 出 。
汽
车
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
工
程
21 0 1年( 3 ) 5期 第 3卷 第
Au o t e E g n e i g t moi ‘ n ie r v n
2 1 8 01 0 9
大 客 车 车 身 骨 架 结 构 动 应 力 仿 真 计 算
石 琴, 王 涛, 张代胜 , 李宏玲
2 00 ) 30 9 ( 合肥 工业 大学机械 与汽车工程 学院, 合肥
S i n W a gT o Z a gD i e g& L n l g h , Qi n a , h n as n h i Ho gi n
大客车车身骨架结构强度分析及其改进设计_石琴
K eyw ord s:Bus;Body skeleton;Structure analysis;F in ite e lem en tm ethod
前言
承载式大客车车身骨架几乎承受着客车的所有 动 、静态载荷 , 结构设计对于整车的性能起着举足轻 重的作用 。 在确保车体强度 、刚度的前提下 , 减轻车 身骨架的质量 , 可以减少钢材用量 , 降低制造成本 , 提高汽车的动力性和燃油经济性 。
实际上 , 由底架 、前后围 、顶盖和左右侧围 6 部 分组成的全承载式的骨架结构是一个高次超静定的 结构 , 形成一个近似于空间六面体的刚架 , 局部结构 的过于加强往往会造成载荷转移 , 并不能提高结构 的整体强度 。只有通过合理的结构设计 , 充分利用 结构各个部分的材 料强度储备 , 提高整 体的强度 。 结构底架总成由前后悬纵梁 、前端纵梁 、尾部纵梁 、 行李舱架及 走道总 成组合 而成 , 底架 结构见 图 9。 由于原结构底架强度和刚度储备过大 , 导致载荷不 能合理分配 , 不能充分体现全承载式车身结构的受 力特点 , 材料特性不能得到充分利用 。 基于这一观 点 , 作者在适当降低底架强度的同时提高侧围的刚 度 , 使得载荷向上转移 , 以提高骨架材料的整体利用 率 。由于底架的纵梁是汽车的装配主体 , 几乎所有 的底盘总成都安装在底架上 。在改进方案中不改变 原底架总成的纵梁结构 , 只是去掉部分加强板 ;根据 走道和行李舱架及第一至九截面的工作特性适当调 整其结构和梁截面参数以达到改进设计的目的 。
大客车车身结构强度及刚度的研究
和电测量技术对大客车车身结构进行 了深入研究,并以板材厚度、构件形状为基础 ,从强度和刚度 两方面入手,对计算结果和实验
结 果进行 深入 分析 ,希望 对相 关工作 可 以起 到 一定 的帮 助作 用 。
关键词:大客车;车身强度 ;车身刚度
中 图 分 类 号 :U463.82+2
文 献 标 识 码 :A
骨架及应力蒙皮等构成的超静定结构发挥着重要的支撑作用 。 方 向为 x轴 正 向 ,以垂 直 原点 的 直线 为 z轴 正 向 ,Y轴确 定 则
但 由于各个杆件结构形状存在很大差异性 ,连接方式也较多,如 以右 手定则 为 主 。根 据上 述模 型 中的简 化原 则 ,研 究人 员可 以
果骨架受力情况十分复杂,很难利用传统研究理论对其进行深 将车身骨架进行详细划分 ,制定 1281个长度不等的小段 ,截面
计算 节点 。具体 的简 化方 式如 下 :首先 ,将 功 能件 和非承 载构 件 数 k的具体 数 值 为 1.2,并 以均 布 的荷 载形 式 为主 ,埘 相 应单 元
进行全 面简 化 ,最 终实 现直 梁单元 的有 效分 段 。其 次 ,对 于两个 构 建进行 集 中式 的荷载 施加 。如 果车架 之 中两根 纵梁 均 为薄壁
入 探讨 。
节点 数量 为 783个 。
1大 客车车 身有 限 元计算 模型
2-2车身有 限元 计算 中的荷载处 理
1.1有 限元模 型 的简化
在车身骨架 自重探索过程中 ,需要在软件处理过程中将骨
在 本次研 究 过程 中 ,主要 根 据 以往 的 ANSYS程序 和结 构模 架材 料密 度 和重力加 速 度进行 有效 确定 ,这 样一 来 ,整个 程 序会
客车车身骨架优化设计
客车车身骨架优化设计刘福云金龙联合汽车工业(苏州)有限公司,江苏苏州 215026摘要:车身骨架是容车的主要承载部件之一,它不仅耍承受其他各部件及乘客的重量,还要承受行驶过程中所产生的各种力和力矩的作用。
因此车身不仅关系到整车是否能够正常行驶,还关系到客车的安全性和舒迅性。
基于此,本文将着重分析探讨客车车身骨架优化设计要点。
关键词:客车;骨架优化;拓扑中图分类号:U463.822 文献标识码:A 文章编号:1671-5810(2015)35-0115-021 客车车身骨架优化意义我国客车的车身骨架制造水平与国外先进水平相差较大,主要表现在整车协调性较差车身骨架局部材料强度富余,材料利用率低;实际使用中出现局部强度的不足由于国内在客车设计研发时缺乏必要的理论分析,导致在客车实际使用过程中出现的强度、振动、寿命等方面问题,国内客车企业一般会釆用局部加强的方法使得客车整备质量增加近些年,电动客车技术的发展主要受到续驶里程短,电池成本过高等因素限制,增加电池数量成为客车制造企业提高客车续驶里程的主要手段之一,致使电动客车整备质量进一步增加,客车的动力性能也随之下降,同时增加了客车制造成本因此,对电动客车车身结构进行分析研究有着十分重要的意义。
2 拓扑理论及其在客车车身骨架优化中的应用2.1 拓扑理论简介拓扑优化(Topology)作为一种概念性的数学方法,是将一定设计空间内的连续体离散成有限单元网格,为每个离散单元附上合适的材料属性,给定合适的约束条件,利用OptiStruct自身的近似优化算法——根据结构自身的传力路径对材料分布进行重新布置,来完成设计人员给定的设计目标。
对于以往传统的设计,设计人员往往是凭借自身的设计经验对整个设计过程进行把控的,而现在完全可以以拓扑优化的方法为基础,参考拓扑结果对整个产品的设计进行全新的把控,从而更加有效的设计出工艺与技术条件均达标的最佳产品。
借助于HyperWorks软件分析平台,利用OptiStruct对该客车的顶盖和侧围进行必要的拓扑优化分析。
大客车骨架设计与优化探析
大客车骨架设计与优化探析摘要:车身骨架是客车的主要承重结果,骨架结构的性直接关系到客车的整车性能以及使用寿命。
由于大客车的骨架比较大,几乎占整个客车整车质量的三分之一,一定程度上增加了客车的负担。
随着我国汽车制造业的发展,为了减轻客车司机的负担,提高车辆运行效率,客车正在逐渐向车形状轻量化、结构轻量化、材料轻量化、设计轻量化将其车身设计的一个发展方向。
因此,在保证大客车的强度和刚度前提下,如何降低骨架重量并优化骨架结构对提高客车整车性能具有重要意义。
关键词:大客车;骨架设计;优化;轻量化设计引言车身骨架是整个客车的基体,其主要功能是承接并连接客车各个总成零部件,并承受客车内外的各种荷载。
车身骨架很大程度上决定了客车的总体布局。
目前大部分客车使用整车支承的骨架,客车部件和总成全部依靠车身骨架固定。
这种由车身骨架承载汽车荷载的称之为承载式客车。
我国客车制造工艺起源于上个世纪七十年代,经过四十多年的发展,我国客车制造技术已经得到了一定的进步。
由于客车零部件互换性比轿车好,所以采用塔积木的生产方式,客车零部件制造技术比较落后,所以不利于客车工业的发展。
本文探讨了大客车骨架设计以及优化,希望提高我国客车制造业零部件生产技术,让我国客车在车身设计和总成方面能够支缩小和发达国家的差距。
一、大客车骨架设计大客车车身骨架受力情况比较复杂,主要由薄壁杆件、冲压板件构成了复杂空间结构,结构分析难度。
立柱、横梁、边梁、腰梁、搁梁、顶盖纵梁等杆件和板件是车身以及其他部件安装的基础,为了加强车身骨架支撑作用,在车身结构强度低的位置,还要设置加强杆件。
车身骨架是整个客车的承载部件,其设计水平直接影响到整个客车的质量。
因此必须加强车身骨架设计。
车身骨架分为前围骨架、后围骨架、左侧、右侧骨架、车顶骨架、低骨架等骨架设计。
(一)侧围设计侧围设计包括右侧围和左侧围设计。
右侧围设计比较复杂,由于大型客车的车身比较长,为了提高乘客的乘坐体验,一般设置两个车门,所以结构相对比较复杂。
大客车车身骨架结构强度分析
悬架采用 弹簧单元进行模 拟 ,其 他各 个装配在 车身上
的部件采用m s as 单元进行加载 ,焊接关系采用无质量的
满 载情 况 下 ,车 身上 的载荷 以质 量单 元 进行 加 载 ,并施 加 重 力 加速 度 进行 分 析 。 载荷包 括 :发动
机 、变速 器 、缓速 器 、空调 、压 缩 机 、邮箱 、卫 生
刚性单 元 和节 点融 合 进行 连 接 ,共 划分 单元 4 62 2 3 6 个 ,其 中四边形 网格4 07 8 、三角形 网格45 5 , 1 个 7 4 个
连接单元2 6 个。三角形单元 占总数 的 1 4 07 3 . %,小 于 0
1 有 限 元模 型 的 建 立
根据 三维C D 型 ,建立 车身结构 有限元模 型 , A模
在尽可能如 实反映车身结 构主要力学 特性 的前 提下 , 根据车身 的结 构和承载 特点对几何模 型进行适 当的简
图1 有限元网格模 型
2 工 况选 择 与 边 界 载 荷
根据 《 汽车产 品定 型可靠性行 驶试验规 范 》规定 的四大典型 工况 :弯 曲 、弯扭组合 、紧急 制动和急转
域 ,同时 考虑 车身 自重 赋给 材料密 度 。边 界约束 于 车
桥 与车轮 连接处 ,根据 各个 工况 的实际情 况适 当释放 结构 的转动与平 动 自由度 。
车辆 急转弯 时 ,车身受垂 向载荷 外 ,还 承受横 向 惯 性 力 的作 用 ,对 车 身 顶 盖 和地 板 骨架 产 生 较 大 弯 矩 ,而右 转弯时 转弯半径 较左转 弯小 ,其 承受 的 向心 力较 大 ,故 考虑 右转弯工 况 。急转弯 工况下 ,应力分
承载式客车车身骨架尾部结构分析与改进
承载式客车车身骨架尾部结构分析与改进作者:李世喆来源:《时代汽车》 2018年第9期摘要:随着我国国民经济的快速发展,交通行业也呈现出一番生机勃勃的景象,作为一种常用的交通工具——客车,其车身的设计与人们的生命财产安全息息相关。
本文就承载式客车车身骨架尾部的结构进行分析,并对其加以改进和创新。
关键词:承载式客车;车身骨架;结构1引言客车车身的骨架是由多根焊接的钢管组成的一种定杆系结构,其自身具有结构复杂、难度系数大等特点,作为开发车身的重要环节——车身的骨架传力路线的设计对于整个客车的性能和安全至关重要,只有在充分满足车身韧性以及稳定性的同时,合理设计车身的传力路线,才能更好的改善客车的性能,进而实现客车成本最小化的目的。
2承载式客车结构的概述承载式客车的结构主要包括了客车车身的结构底架、车身的左右两侧、车身前后以及车的顶棚共同组成的结构框架,通过车辆不同结构的特点,进而形成一个有机的整体,优化了车辆的动力悬置部位以及车身的悬架部位。
之所以会采取侧围骨架以及轮罩骨架的结构来完善和优化车辆的整体性能,是因为车辆的车轮结构不会自成一体,形成一个有机的结构。
而车辆的主要部件也囊括了轮罩结构骨架,因为全承载的车身是不包含底架结构的。
因此,全承载式客车车身的上半部分与下半部分的受力差别较大,而车辆的车身结构包含了整体性承载式结构与基础性的承载式结构,而在我国将这两种车身结构统称为全承载式车身结构。
3承载式客车车身骨架的结构特点3.1 承载式客车产品结构特点目前针对我国承载式客车而言,以VOLVO公司生产的VOLV06563型号的客车以及奔驰公司生产的CITARO型号的客车为例,这两种承载式客车的结构均具有独立的前后底盘。
与此同时,这两种型号车辆的模块及尺寸都有所不同,VOLV06563将自身的横断面作为结构主体,底盘的零部件采取后装的形式,而CITARO的结构则将车身的底盘进行分模块的供应。
除此之外,两种型号的结构特点也有所不同,VOLV06563的车身骨架与底架融为一体,并且其架底的结构为小槽梁或矩管,而CITARO则具有独立的底盘结构和零部件。
客车车身骨架强度分析及轻量化设计
中国储运网H t t p ://w w w .c h i n a c h u y u n .c o mD I S C U S S I O N A N D RE S E A R C H 探讨与研究摘要:本文以某客车车身骨架为例,建立有限元模型,以四种典型工况下车身骨架强度为基础,以质量最小为目标,在满足车身强度的前提下,通过降低车身零件厚度,实现轻量化设计。
轻量化后车身骨架减轻276.3k g ,通过对比轻量化前后模型应力,验证方法了可行性。
关键词:车身骨架;有限元模型;轻量化设计0引言汽车轻量化、电动化和智能化是汽车工业的发展方向[1]。
大量研究表明,采用新材料、新工艺外,车身轻量化是汽车实现节能减排的重要途径之一。
在车身轻量化的设计过程中,车身结构必须满足强度特性要求。
目前车身轻量化设计主要采用有限元的方法[2-3],因此本文利用H y p e r Me s h 软件对客车车身骨架进行强度分析和轻量化研究。
1.有限元分析1.1有限元模型的建立由于车身骨架以钣金和管材为主,厚度大多在2mm 左右,因此采用s h e l l 单元划分网格比较合适。
网格尺寸为10mm,零件之间缝焊采用s e a m w e l d 单元模拟,车身骨架单元总数为1024506,其中三角形网格为24503,占比2.39%,车身有限元模型如图1所示。
图1客车车身骨架有限元模型1.2材料属性客车骨架材料主要采用Q 235、Q 195和T 52,其密度、弹性模量和泊松比均为7800K g /m 3,2.1×105MP a 和0.3,许用应力为160MP a ,135MP a 和270MP a 。
1.3边界条件1.3.1载荷条件客车车身骨架载荷由骨架质量、非结构质量、设备质量及乘客质量。
根据材料的密度,可以通过有限元软件计算出车身骨架质量;非结构件质量可以采用质量单元以均布在车身结构相应的位置;设备质量在其质心处施加质量单元,然后施加于车身骨架连接节点上;乘客质量均布在车身底盘车架上。
大型客车车身骨架轻量化设计探讨
大型客车车身骨架轻量化设计探讨摘要:近年来,汽车行业高速发展,汽车的安全问题、舒适问题受到人们的普遍关注。
大型客车是人们日常出行使用频率最多的交通工具之一,客车的车身骨架影响着整个大型客车的使用性能。
本文对目前使用的大型客车的车身骨架结构进行了分析,并提出了车身骨架钢铝一体化结构,指导客车的车身结构设计,从轻量化的结构和轻量化的材料两个方面,完成对客车车身的轻量化设计。
关键词:大型客车;车身骨架;轻量化设计客车的车身骨架是整个车体受力的承载体,是一种较为复杂的结构,在保证客车使用性能的前提下,尽量的减少车身的质量,有助于减少汽车尾气的排放、节约能源,实现环境保护的目的,对可持续发展战略有重要意义。
对客车车身进行轻量化设计,主要有两个方面,选择轻量化的材料和改进结构设计,以下将从这两个方面探讨如何最大限度地减轻车身骨架的质量。
一、车身骨架结构特点通常来讲,大型客车一般采用全承载式车身骨架结构,这是一种没有独立车架的整体车身结构形式,主要由钢质型材焊接而成,全承载式车身骨架由底架、前围后围、左右侧围、车身顶盖六个部分组成。
车身的底架使用薄钢板冲压而形成的纵横格栅,在大型长途客车中被广泛使用,全承载式的车身骨架结构能够有效保证客车实际运行过程中的稳定和平衡。
具体来分,根据车身上部和下部受力程度的差异,还可以分为整体承载式和基础承载式[1]。
二、大型客车车身轻量化设计(一)客车车身轻量化材料能够实现车身轻量化的材料主要有两种,一种是以高强度钢为代表的高强度材料,另一种是以合金类材料、塑料和复合材料为代表的轻质材料。
其中铝合金是最为常用的一种轻量化材料,具有质量轻、抗腐蚀性强、导热性好以及易于回收利用等优点,所以被广泛的应用在汽车工业上。
大型客车的车身质量大约占客车总质量的30%-40%,因此应用铝合金型材制作车身,能够达到良好的轻量化效果,奥迪、本田等多家汽车企业都已经成功制造出了全铝制的车身。
而高强度钢是一种结合了强度和韧性的钢种,具有质量轻、强度高、耐腐蚀和成本低的特点,近年来也被作为客车轻量化的材料使用,虽然铝合金等轻量化材料被广泛的应用,但是却无法完全取代钢铁材料,高强度钢仍然是未来汽车用刚才的主要发展方向,如果利用高强度钢制造客车的车身,能够减轻客车质量的30%-40%左右,板材和钢材是目前主要使用的高强度钢材料,钢材成型的技术也随着高强度钢的使用而不断的发展,国外普遍使用的是点焊和粘接相结合的复合连接技术,我国在这方面的应用还不十分成熟。
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表 1 满载载荷质量
发动机
640
备胎
140
水箱
50
变速器
225
蓄电池
160
排气管及消声器
40
离合器
100
冷凝器
105
阀类
50
缓速器
175
压缩机
105
除霜器盒
15
散热器
110
传动轴
40
左侧围蒙皮
65
蒸发器
135
加热器
30
右侧围蒙皮
65
油箱
380
转向机
40
前围蒙皮
30
后围蒙皮 前挡风玻璃 后挡风玻璃 侧窗玻璃 (每块 8kg) 卧铺 (每位卧铺 30kg) 乘客 (每位乘客 65kg) 行李 (每位乘客行李 20kg)
作者用有限元方法对承载式车身骨架的强度进 行了理论分析 , 探讨了骨架各主要承载部位的受力 特性 , 提出了针对矩形管薄壁截面梁几何参数设计 的改进方案 , 并实现了原结构分析 、改进方案的提出 和论证 、新样车的试制及改进前后客车的静态测试 和试验场的道路强化试验的整个过程 , 验证了改进 方案的可行性和可靠性 。
ton of unibody a re investigated. A schem e of local m odification in som e part of struc ture is put fo rw ard w ith an aim to enhance the streng th of com p le te structu re. The strength tests on bo th m odified and orig ina l bus bodies are conduc ted and the resu lts verify the ra tiona lity and reliability of the imp roved struc ture.
客车车身骨架是由薄壁杆件构成的复杂的空间 高次超静定结构 , 其受力情况比较复杂 , 结构分析的 难度较大 。 在设计初期 , 仅靠经验和类比进行设计 , 缺乏建立在力学特性 (强度 、刚度 )分析基础上的科 学依据 , 往往使设计偏向于保守 , 材料得不到充分利 用 , 汽车自身质量过大 , 成本过高 。 在车身结构强度 出现问题时 , 采用 “头痛医头 , 脚痛医脚 ”的方式 , 不
图 6 骨架的变形图
图 4 骨架的弯矩分布
图 7 后悬纵梁应力分布
图 5 骨架的转矩分布
图 8 尾部变形图
90
汽 车 工 程
2007年 (第 29卷 )第 1期
在后悬架的装配位置附近 , 由于后置发动机的 客车后悬较长 , 而且同时传递来自路面的激励和发 动机工作时的振动激励 , 工作条件恶劣 , 受力复杂 , 虽然该部分被不断加强 , 并且采用了非常厚实的梁 , 但是强度仍不理想 ;而其它部位杆件的强度却有很 大的富裕量 , 而且应力值差别很大 。
*安徽省十五专项项目 (01102009)资助 。 原稿收到日期为 2005年 7月 8日 , 修改稿收到日期为 2005年 12月 6日 。
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汽 车 工 程
2007年 (第 29卷 )第 1期
1 有限元模型的建立
1. 1 模 型的 简化 客车车身上的一些非承载部件对骨架结构的变
形和应力影响很小 , 而对问题的求解规模和准确性 有着很大的影响 , 因此对模型进行如下简化 。
由于 Unig raphics系统与 ANSYS 系统的容差不 同 , 几何模型中存在着线与线之间有部分未连接及 交叉线之间不存在关键点的情况 , 为此 , 需要对模型 中的部分没有关键点的交叉线进行重叠 , 然后根据 给定容差 5mm, 对所有直线的关键点进行合并操作 , 最后压缩直线和关键点的编号 。
[ 摘要 ] 在 U nigraphics软件中建立车 身骨架的线框模型后 , 用自行编制的接口程 序生成命令 流文件将 模型导 入到 AN SYS环境中 , 建立了车身骨架有限元模型 。 用有限元理论 分析了静 态工况 下客车 车身骨 架的强 度特性 , 探 讨了承载式车身骨架不 同部位的受力特性 。 提出了通过对骨架结 构进行局部 改进来提 高整体结 构强度 的方法 , 提 出了对原结构进行改进 设计的方案 , 并对改进前后的客车进行了强度试验 , 验证了改进后结构的合理性和可靠性 。
础 。对于复杂的模型 , 目前普遍的做法有 2种 :(1) 在 CAD系统中建立几何模型 , 通过公用数据交换文 件 、数据接口程序将几何模型导入 ANSYS 中 , 利用 其提供的几何修复和拓扑修复工具进行适当地修改 后 , 进行网格划分建立有限元模型 ;(2)根据实际需 要 , 自己编制接口程序 。 由于通过前者导入的模型 在后续的修改过程中有很多限制 , 给模型的修改工 作带来不便 , 作者采用第 2种方法 , 即在 Unig raphics 中建立车身骨架的线框模型后 , 使用自行编制的接 口程序生成命令流文件导入到 ANSYS环境中 。
关键词 :大客车 ;车身骨架 ;结构分析 ;有限元方法
A S tudy on the Im provem en t of the S trength o f Bus Body
Sh i Q in, Zhang D aish eng, Gu Y eshu i& Zhang Le i
S chool of M echan ica l and Automo tive E ng in eering, H efei U niversity of Techno logy, H efei 230009
1.4 网格 的划 分 有限元建模工作中 , 网格划分是有限元前处理
中的主要工作 , 也 是整个有限元 分析的 关键步骤 。 智能网格划分是一种 比较高效的自 由网格划分 方 法 , 它考虑几何图形的曲率以及线与线的接近程度 , 自动进行网格划分 , 划分共分 10个级别 , 级别越高 网格划分的越粗 , 级别越低网格划分的越细 。 作者 从第 6级开始划分 , 不断降低划分级别 , 以获得尽可 能高的解析精度 。 经过多次划分和试算最终确定 , 最低划分级别为 8。 1.5 载荷 的处 理
K eyw ord s:Bus;Body skeleton;Structure analysis;F in ite e lem en tm ethod
前言
承载式大客车车身骨架几乎承受着客车的所有 动 、静态载荷 , 结构设计对于整车的性能起着举足轻 重的作用 。 在确保车体强度 、刚度的前提下 , 减轻车 身骨架的质量 , 可以减少钢材用量 , 降低制造成本 , 提高汽车的动力性和燃油经济性 。
(1)省略非承载件 对于某些为方便使用和辅 助承载而设置的构件 , 由于其对整车的变形和应力 分布影响较小 , 可忽略 。
(2)主从节点原则 对于位置较近的节点采用 适当合并或 “主从节点 ”的方式处理 , 避免实际计算 中可能会导致的方程病态 。
(3)蒙皮处理 忽略应力蒙皮的加强作用 。 (4)曲杆简化为直杆 把顶盖横梁 、前风窗下 横梁等曲杆简化成直杆 。 1. 2 单 元类 型的 选择 作者研究的承载式客车骨架结构 , 基本上采用 的是矩形管 (或近似于矩形管的异形钢管 ), 考虑到 有限元 模型 的规模 及骨 架的 实际 受力 情况 , 选 用 ANSYS提供的三维线性有限应变梁单元 Beam188, 该单元支持简单的截面定义方式 , 有利于减少建模 过程的工作量 。对 于车载设 备, 选用质量单 元 M ass21来模拟车载集中质量装备 (如 :发动机 、离合 器等 )。 1. 3 几 何模 型及 接口 程序 结构的几何模 型是建立 结构有限 元模型的 基
断地对使用过程中出现强度不足的部位进行补强 , 结果导致质量越来越大 。此外 , 由于骨架结构是高 次超静定结构 , 有着牵一发而动全身的结构特点 , 在 质量不断增加的同时 , 结构强度并不能达到期望值 。 客车骨架结构的科学合理的设计问题 , 结构的轻量 化问题已经越来越受到生产厂家的重视 , 国内在该 领域做过一些骨架结构强度分析的相关研究[ 1 -3] 。
车身骨架的车载质量主要是动力总成 、备用轮 胎 、散热器 、压缩机 、油箱 、驾驶员座椅 、乘客及卧铺 、 行李箱 、清洁水箱 、卫生间等 。通常可以将它们换算 成节点载荷施加在相应的节点上 , 但这种处理方法 不能考虑到这些质量对车身骨架动态特性的影响 。 作者将空间位置比较 分散的部分质 量 (如乘客 、卧 铺 、行李等 ), 用质量单元直接创建在设备支点位置 的节点上 , 如图 1所示 , 将质量分布比较集中的载荷 (如发动机 、油箱等 ), 在设备质心位置创建质量 单 元 , 然后将该质点与设备的支撑点刚性连接起来 , 如 图 2所示 。最终建立的有限元模型如图 3所示 。 模 型的规模信息 :关键点 1 288个 、直线 2 150条 、节点 31 216个 、单元 16 044个 。 此模型车身骨架质量为 4 388.5kg。
将静态弯曲和 静态扭转 载荷同时 施加在模 型 上 , 即构成了车身的静态弯扭组合载荷 , 通过引入安
全系数考虑动态载荷的影响 。 满载质量见表 1, 在满载弯曲工况下 , 模拟左后
轮悬空 , 车身骨架在非对称的载荷作用下 , 承受静态 弯扭组合载荷 。 边界条件为 :约束前悬架装配位置 处节点的 3个平动自由度 UX 、UY 、UZ , 释放 3个转 动自由度 ROTX 、ROTY 、ROTZ ;约束右后悬架装配位 置处节点的垂直方向自由度 UZ , 释放其它自由度 。
kg
36 130 60 8 ×24 30 ×33 65 ×34 20 ×33
2 关键部位梁截面的改进设计
2. 1 车 身骨 架的 强度 分析 静态满载弯扭组合工况下 , 有限元理论分析结
果见图 4 ~图 6。较大的弯矩主要分布在车身后部 发动机悬置附近 , 最大弯矩值产生在发动机支架与 后围底端的中间横梁交接处 。尾部的变形也比较明 显 , 如图 7、图 8所示 。这是由于发动机后置 , 后桥的 轴荷较大造成的 。