一款改裝應(yīng)急指揮車的結(jié)構(gòu)可靠性分析

摘要：針對應(yīng)急指揮車的功能需求，設(shè)計(jì)了一個車頂加固平臺，通過建模仿真，分析該平臺對整車使用過程中可靠性、安全性的影響。先用ANSYS建立整車模型，然后對車頂和車身進(jìn)行數(shù)據(jù)加載分析。應(yīng)力云圖結(jié)果表明，平臺的設(shè)計(jì)方案是可行的。

關(guān)鍵詞：車輛改裝；建模仿真；ANSYS

中圖分類號：TH122；TN914

0.引言：

地震等自然災(zāi)害發(fā)生時，應(yīng)急指揮車可以迅速到達(dá)災(zāi)害現(xiàn)場，以圖像和語音的方式將現(xiàn)場情況反饋到指揮中心，有效提高指揮中心處理緊急事件的能力。目前其在人民防空、公安武警等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。文章通過對整車進(jìn)行建模分析，驗(yàn)證車輛關(guān)鍵部位的承載能力，論證車輛的安全性。

1.性能分析

選用一款硬派SUV作為載車平臺，改裝成應(yīng)急機(jī)動指揮車。改裝過程中，車輛頂部架設(shè)一個特制的加固平臺，平臺上安裝衛(wèi)星天線、移動基站等設(shè)備。由于車頂經(jīng)過改裝處理，需驗(yàn)證車頂?shù)闹爻休d性和抗風(fēng)承載性[1][2]。

1.1承重承載性分析

先對車輛等效建模，然后用ANSYS軟件對車頂?shù)某兄爻休d性進(jìn)行有限元分析[3][4]。分析車頂?shù)氖芰η闆r，驗(yàn)證車頂?shù)某兄匦?，分析結(jié)果如圖2所示。

由圖2知，車頂最大應(yīng)力值發(fā)生在車頂與支架相接觸的區(qū)域[5]，大小為σ1=129.68MPa。車頂結(jié)構(gòu)件選用優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼制成，材料的應(yīng)力最大許用值為σmax=235MPa。可見，改裝后車頂區(qū)域應(yīng)力最大值σ1在結(jié)構(gòu)固定件的應(yīng)力許用范圍內(nèi)，車頂結(jié)構(gòu)滿足承重性要求。

由圖3知，車頂?shù)淖畲髴?yīng)變發(fā)生在車頂與支架相接觸區(qū)域，最大應(yīng)變值為5.8×10-4。根據(jù)胡克定律，車頂變形量為Δ=1.16×10-3mm?？梢娮冃瘟糠浅Ｐ。粫绊戃囕v功能的正常使用。

由上述分析知，車輛改裝后車頂?shù)某兄爻休d性滿足安全性需求。

1.2.抗風(fēng)承載性分析

車輛車頂加裝了衛(wèi)星天線，增大了整車的風(fēng)阻面積，因此需要分析車輛的抗風(fēng)承載性。

行駛過程中風(fēng)載荷的計(jì)算公式為：

F=C·q·Kh·A

式中：C為風(fēng)力系數(shù)；q為基本風(fēng)壓；Kh為高度系數(shù)；A為迎風(fēng)面積[6]。

室外溫度15℃，空氣密度ρ=1.25kg/m3，車輛行駛等效風(fēng)速V=5Om/s條件下，取風(fēng)力系數(shù)C=1.0，高度系數(shù)Kh=l.0，可以計(jì)算出此時車輛的迎風(fēng)面受力F1（N）=4218.75N；衛(wèi)星迎風(fēng)面受力F2（N）=609.38N。將上述兩個力加載到車輛模型中進(jìn)行分析。

圖4是等效風(fēng)速為50m/s時，整車等效模型Mises應(yīng)力云圖。由分析結(jié)果知，車頂與支架的連接處應(yīng)力最大，應(yīng)力值為σ2=159.24MPa。材料的最大許用應(yīng)力值為σmax=235MPa，可知改裝車輛能夠滿足八級大風(fēng)下以100km/h的速度正常行駛。

圖5是等效風(fēng)速為50m/s時，應(yīng)急指揮車等效模型應(yīng)變云圖，應(yīng)急指揮車的最大應(yīng)變發(fā)生在迎風(fēng)區(qū)域，最大應(yīng)變值為7.13×10-4。車體最大變形量為Δ=1.426×10-3mm。變形量非常小。

由上述分析知，改裝車輛的抗風(fēng)承載性滿足需求。

2.結(jié)束語

改裝車輛建模，利用ANSYS軟件對車輛改裝的關(guān)鍵部位進(jìn)行承重承載性分析和抗風(fēng)承載性分析，以驗(yàn)證改裝設(shè)計(jì)方案的可靠性、安全性。仿真結(jié)果表明，所提出的設(shè)計(jì)方案滿足車輛的功能需求，符合國家對于車輛改裝的安全性規(guī)定。

參考文獻(xiàn)：

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[2].王維平.“對應(yīng)急通信指揮車工程設(shè)計(jì)若干問題的幾點(diǎn)思考”，警察技術(shù)[J]，2010.03.07.

[3].周飛.“基于有限元的接觸網(wǎng)抗風(fēng)性分析”，機(jī)械管理開發(fā)[J]，2012.04.15.

[4].王忠.“基于ANSYS的電壓力鍋鍋體有限元分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)”，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造[J]，2012.04.08.

[5].周雄新.“拉桿螺紋在偏載下的應(yīng)力分析”，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造[J]，2012.06.08.

[6].張浩.“風(fēng)載荷對油管傾倒力矩的計(jì)算方法”，長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版）[J]，2016.12.05.

作者簡介：

倪軍（1988—）男，漢，安徽合肥人，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，研究方向：機(jī)械電子工程.