大客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度的研究

鄭成產(chǎn)

摘要：本文主要介紹了大客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度，重點(diǎn)介紹了大客車車身有限元模型的計(jì)算、建立以及計(jì)算結(jié)果的分析，對(duì)大客車車身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行分析，可以加強(qiáng)大客車的牢固性，這樣不僅可以在一定程度上保證乘客的人身安全，還可以促進(jìn)我國(guó)交通結(jié)構(gòu)的完善和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：大客車；車身結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度；剛度

1大客車車身有限元模型的計(jì)算

1.1有限元模型的簡(jiǎn)化

本文所研究的大客車為半承載框架式結(jié)構(gòu)，對(duì)其車身的有限元模型進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要將各個(gè)結(jié)構(gòu)處的連接點(diǎn)和作用點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)，并進(jìn)行以下簡(jiǎn)化工作：第一，忽略掉非承載結(jié)構(gòu)件的影響，并利用其他結(jié)構(gòu)對(duì)原曲梁進(jìn)行模擬。第二，將相鄰的結(jié)構(gòu)點(diǎn)當(dāng)作一個(gè)節(jié)點(diǎn)處理。第三，規(guī)范化各結(jié)構(gòu)中截面的形狀，并忽略掉影響非常小的截面。第四，利用板殼單元對(duì)車架進(jìn)行離散。

1.2分別對(duì)剛性梁和柔性梁進(jìn)行模擬和計(jì)算

一般情況下，在相同大小的外力作用下，剛性梁的垂直位移距離遠(yuǎn)大于柔性梁的垂直位移距離，懸架剛性梁和柔性梁的模擬圖如圖1所示。對(duì)剛性梁的截面進(jìn)行計(jì)算時(shí)，要根據(jù)截面的實(shí)際形狀選擇不同的計(jì)算公式，當(dāng)其截面為正方形時(shí)，計(jì)算公式為A=5.0*10^5*L/E，其中A為截面面積，L為梁的長(zhǎng)度。對(duì)柔性梁進(jìn)行計(jì)算時(shí)，首先要明確，fb為懸架彈簧剛度K的倒數(shù)，因此，可以得到柔性梁計(jì)算公式為f=L/3EI=1/K。其中，K為彈簧剛度，L為吊耳距離。

2大客車車身有限元模型的建立

2.1大客車車身骨架模型

在建立大客車車身骨架模型時(shí)，首先可以在該結(jié)構(gòu)中建立直角坐標(biāo)系，其中坐標(biāo)原點(diǎn)為垂直平面和縱向?qū)ΨQ面的交點(diǎn)，X軸為大客車前進(jìn)的直線方向，確定Y軸的方向時(shí)，可以結(jié)合實(shí)際情況的需要，但是一定要遵循右手定則。相關(guān)工作人員建立模型的過(guò)程中要充分利用到模型的簡(jiǎn)化方法，對(duì)整個(gè)大客車車身的骨架進(jìn)行細(xì)致地劃分。

2.2計(jì)算有限元過(guò)程中荷載的處理

工作人員在計(jì)算大客車車身骨架重量的過(guò)程中，必須要盡可能準(zhǔn)確地確定骨架材料的密度大小以及當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋缓髮?shù)據(jù)輸入到相關(guān)的軟件中，這樣總荷載的大小才能在最大程度上接近實(shí)際水平，后續(xù)的結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度的計(jì)算工作就能順利高效地展開(kāi)。同時(shí)，在考慮車窗玻璃的具體重量時(shí)，工作人員不能忽略車窗框架的重量，得到其重量數(shù)值之后，要換算成荷載量添加到總荷載中。除此以外，如果大客車車身中兩根縱梁都是薄壁式結(jié)構(gòu)，那么截面的中心和彎曲中心可能就無(wú)法完全處于重合狀態(tài)，在這種情況下，工作人員可以根據(jù)實(shí)際需要建立新的坐標(biāo)系，同時(shí)也可以對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步地簡(jiǎn)化。

2.3車身有限元計(jì)算過(guò)程中工況的選取

大客車車身在大多數(shù)情況下都會(huì)受到彎曲工況的影響，這時(shí)如果車身為水平滿載，那么垂直方向荷載力的數(shù)值將會(huì)達(dá)到最大，這種情況下進(jìn)行受力分析的準(zhǔn)確度是非常高的。對(duì)工況進(jìn)行選取時(shí)，工作人員可以從以下幾個(gè)方面來(lái)完成工作：第一，使大客車后輪下沉200mm之后，對(duì)有限元進(jìn)行選擇，這樣可以保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第二，如果有必要對(duì)大客車的前后輪進(jìn)行升降處理，那么必須要確保升降幅度在240毫米的范圍之內(nèi)，第三，要盡可能地降低主觀性的誤差，確保工況選取的科學(xué)性和合理性，進(jìn)而確保有限元計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3大客車車身有限元計(jì)算結(jié)果的分析

3.1大客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計(jì)算

由于彎曲工況會(huì)對(duì)大客車車身造成一定的影響，因此車身骨架的應(yīng)力水平一般情況下會(huì)呈現(xiàn)出逐步降低的趨勢(shì)，一般情況下，一些應(yīng)力值較大的單元都位于大客車中間門(mén)后面的臺(tái)階橫梁上，應(yīng)力值最大可以達(dá)到101.4兆帕，但是需要注意的是，應(yīng)力值大的單元數(shù)量并不多，一般有49個(gè)。同時(shí)，在大多數(shù)大客車車身內(nèi)部，應(yīng)力區(qū)域呈現(xiàn)出一種非常集中的狀態(tài)，其中客車前門(mén)的立柱上部以及中門(mén)的立柱上部等都是應(yīng)力區(qū)域集中的主要部分。從大客車車身的整體來(lái)計(jì)算的話，其平均應(yīng)力值在18兆帕左右浮動(dòng)。

3.2大客車車身結(jié)構(gòu)剛度的計(jì)算

如果去除了懸架變形的影響因素，那么客車上身骨架的形變程度就會(huì)有所降低。需要注意的是，客車門(mén)窗對(duì)角線的設(shè)計(jì)對(duì)于客車整體的剛度大小有非常大的影響，如果工作人員已經(jīng)確定了工況的彎曲角度，那么下身骨架的形變也可以得到確定，其中，前門(mén)位置是主要的變化部位，在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)角線的位移距離會(huì)有所較小，那么客車剛度也會(huì)呈現(xiàn)出一定的變化。

3.3大客車車身結(jié)構(gòu)剛度的分析

在工況彎曲的情況下，車身結(jié)構(gòu)中大多數(shù)開(kāi)口出的對(duì)角線不會(huì)出現(xiàn)非常大的變化，但是右側(cè)窗口處的對(duì)角線的整體長(zhǎng)度會(huì)有較大的變化。從車身整體的結(jié)構(gòu)來(lái)看，車窗結(jié)構(gòu)的開(kāi)口越小，上下梁發(fā)揮的作用就會(huì)越明顯，這時(shí)大客車車身結(jié)構(gòu)的剛度就會(huì)得到有效地加強(qiáng)。

4小結(jié)

計(jì)算大客車車身有限元模型時(shí)涉及的工作有簡(jiǎn)化有限元模型以及模擬和計(jì)算剛性梁和柔性梁，建立大客車車身有限元模型時(shí)需要建立車身骨架模型、處理荷載以及選取工況。在研究大客車車身結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度時(shí)，工作人員要確保相關(guān)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及模型建立的科學(xué)性，這樣才能確保研究結(jié)果的真實(shí)性和適用性。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：南京恒天領(lǐng)銳汽車有限公司）