廂式貨廂抗凹性能仿真分析研究

郁煥敬

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

在車(chē)輛行駛過(guò)程中，貨廂難免受到或內(nèi)或外載荷作用，其中外部載荷主要包括飛濺物、敲擊或輕微撞擊等，內(nèi)部載荷主要為車(chē)輛在制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等工況下，貨廂內(nèi)貨物對(duì)貨廂的沖擊。在這些載荷作用下，貨廂很容易發(fā)生凹陷撓曲，甚至產(chǎn)品永久性凹陷。通過(guò)對(duì)貨廂抗凹性能進(jìn)行分析，判斷貨廂抗凹性能符合性，針對(duì)貨廂剛度不足處提出優(yōu)化方案，對(duì)于前期產(chǎn)品設(shè)計(jì)或后續(xù)質(zhì)量問(wèn)題改進(jìn)，均有較重要意義。

本文以某款廂式運(yùn)輸車(chē)貨廂為例，采用有限元分析方法，設(shè)定貨廂抗凹性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并對(duì)貨廂抗凹性能符合性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1 有限元分析

利用hyper works軟件建立貨廂分析模型，將分析模型導(dǎo)入 ABAQUS求解器進(jìn)行求解。鑒于車(chē)輛實(shí)際行駛時(shí)，貨廂完全固定在底盤(pán)上，因此分析模型限制所有方向自由度。

2 分析方法及過(guò)程

2.1 分析方法

貨廂抗凹性能主要考察貨廂在受到?jīng)_擊時(shí)形變情況及形變恢復(fù)能力。在正常狀態(tài)下，貨廂受到的沖擊作用主要有以下兩種，一種是外部沖擊，如飛濺物、敲擊或輕微撞擊等，另一種是為車(chē)輛在制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等工況下，貨廂內(nèi)貨物對(duì)貨廂的沖擊，根據(jù)受力情況不同，分析方法也稍有區(qū)別。

2.1.1 外部沖擊分析

外部沖擊主要考察廂體在受到鋼性沖擊情況下，貨廂形變及形變恢復(fù)情況。其分析方法主要為在廂體蒙皮和車(chē)門(mén)外板上選擇比較薄弱的若干個(gè)點(diǎn)，通過(guò)剛性壓頭，對(duì)分析點(diǎn)施加垂直表面400N的載荷，模擬測(cè)量各點(diǎn)在作力下最大位移及卸載后殘余形變，其中至少有一個(gè)點(diǎn)落在貨廂車(chē)門(mén)上，具體數(shù)目視結(jié)構(gòu)而定。此貨廂分析模型及示意圖如圖1所示。

圖1 外部沖擊分析貨廂模型示意圖

2.1.2 內(nèi)部貨物沖擊分析

內(nèi)部貨貨物沖擊主要考察車(chē)輛在制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎等工況下，廂體在受到貨物沖擊形變及形變恢復(fù)情況，其分析方法主要為在受沖擊區(qū)域施加一定載荷，載荷數(shù)值相當(dāng)于滿(mǎn)載狀態(tài)下貨物以適應(yīng)加速度沖擊貨廂時(shí)對(duì)貨廂的作用力，根據(jù)工況不同，對(duì)應(yīng)載荷值也不相同。

另考慮到實(shí)際裝載時(shí)，不同貨物與貨廂按觸面積也不盡相同，因此分析時(shí)，按整面受力和下半面受力兩種工況進(jìn)行模擬分析，貨廂分析模型如圖2所示。

圖2 內(nèi)部沖擊分析貨廂模型示意圖

2.2 工況及邊界條件

在此次模擬分析中，主要有外部沖擊、側(cè)圍整面沖擊、半面沖擊、前圍整面沖擊和半面沖擊五種受力狀態(tài)。當(dāng)車(chē)輛在側(cè)傾工況下，側(cè)圍受到貨物沖擊力作用，在制動(dòng)工況下，前圍受到貨物沖擊力作用，不同工況下，對(duì)應(yīng)邊界條件具體如下：

2.2.1 外部沖擊邊界條件

自由工況下，在選定點(diǎn)施加400N作用力。

2.2.2 側(cè)圍整面沖擊工況邊界條件

在側(cè)圍受力區(qū)域施加P=0.0012MPa的載荷，相當(dāng)于滿(mǎn)載貨物以0.2g加速度沖擊貨廂的載荷（貨車(chē)側(cè)傾0.4g加速度，貨物與貨廂底部摩擦系數(shù)0.2，即貨物受力摩擦力為0.2g)。

2.2.3 側(cè)圍半面凹工況邊界條件

在側(cè)圍受沖擊區(qū)域施加P=0.0024MPa的載荷，相當(dāng)于滿(mǎn)載貨物以0.2g加速度沖擊貨廂的載荷（貨車(chē)側(cè)傾0.4g加速度，貨物與貨廂底部摩擦系數(shù) 0.2，即貨物受力摩擦力為0.2g)。

2.2.4 前圍整面沖擊工況邊界條件

在側(cè)圍受沖擊區(qū)域施加P=0.00434MPa的載荷，相當(dāng)于滿(mǎn)載貨物以0.5g加速度沖擊貨廂的載荷（貨車(chē)制動(dòng)0.7g加速度，貨物與貨廂底部摩擦系數(shù) 0.2，即貨物受力摩擦力為0.2g）。

2.2.5 前圍半面沖擊工況邊界條件

在側(cè)圍受沖擊區(qū)域施加P=0.00868MPa的載荷,相當(dāng)于滿(mǎn)載貨物以0.5g加速度沖擊貨廂的載荷（貨車(chē)制動(dòng)0.7g加速度，貨物與貨廂底部摩擦系數(shù)0.2，即貨物受力摩擦力為0.2g）。

2.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由于在模擬分析中，貨廂外部受到的為點(diǎn)作用力，內(nèi)部為面作用力，兩者評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)稍有不同。外部抗凹評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為加載完成時(shí)位移＜10mm，卸載完成時(shí)位移＜0.5mm，塑性應(yīng)變＜2%，內(nèi)部抗凹評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為加載完成時(shí)位移＜30mm，卸載完成時(shí)位移＜0.5mm，塑性應(yīng)變＜2%。

2.4 分析步驟

分析流程主要按下以操作：模型準(zhǔn)備→約束定義→載荷步定義→計(jì)算文件導(dǎo)出→提交求解→結(jié)果查看。

3 分析結(jié)果及評(píng)價(jià)

通過(guò)HyperView查看計(jì)算結(jié)果的位移云圖，測(cè)量載荷施加處加載和卸載的最大位移，通過(guò)分析匯總，幾種工況下對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)如下所示：

3.1 外部沖擊分析結(jié)果

在進(jìn)行外部抗凹分析時(shí)，在貨廂上共選取9個(gè)點(diǎn)，其中P1-P6點(diǎn)作用在貨廂廂體上，P7-P9點(diǎn)作用在貨廂車(chē)門(mén)上，兩種不同狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)載荷及形變變化趨勢(shì)分別如圖3和圖4所示。

圖3 廂體加載形變變化示意圖

圖4 廂門(mén)加載形變變化示意圖

表1 外部沖擊抗凹分析結(jié)果匯總表

統(tǒng)計(jì)P1-P9點(diǎn)加載和卸載位移匯總統(tǒng)計(jì)，形成表1，具體如表1所示。

3.2 內(nèi)部沖擊分析結(jié)果

貨廂內(nèi)部沖擊各種工況下，運(yùn)用 ABAQUS求解，得出各種工況下對(duì)應(yīng)最大形變和殘余形變，具體數(shù)值如表2所示：

表2 內(nèi)部沖擊抗凹分析結(jié)果匯總表

3.3 結(jié)果評(píng)價(jià)

分析測(cè)量結(jié)果，查看貨廂在各種工況下貨廂形變及卸載后殘余形變，若發(fā)生形變與殘余形變?cè)诤侠矸秶鷥?nèi)，則說(shuō)明該設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求，反之，則結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在風(fēng)險(xiǎn)，可通過(guò)增加加強(qiáng)梁、改進(jìn)加強(qiáng)筋等方案來(lái)優(yōu)化。由表1和表2中可確定，幾種工況下，形變和殘余形變均在合理范圍內(nèi)，即設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)貨廂抗凹性能分析，發(fā)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中剛度存在的不足，針對(duì)剛度不足之處進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是一種行之有效的方法。合理的運(yùn)用仿真分析以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性，避免后期設(shè)計(jì)變更發(fā)生，對(duì)于項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期和降低項(xiàng)目成本均有較重要作用。

參考文獻(xiàn)

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