基于Hypymesh的公交車承載式車身靜強(qiáng)度分析

沈宏 信軻

摘 要：文章以某公交車車架為研究對象，在solidworks中建立三維實(shí)體模型，然后導(dǎo)入Hypymesh中建立有限元模型，進(jìn)行車身靜強(qiáng)度分析。分析結(jié)果顯示，該公交車車架的靜強(qiáng)度后右輪扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力最大，非常接近車架材料的屈服極限，安全系數(shù)偏低，可考慮對此處結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)?？梢妼嚿眍A(yù)先進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，可以有效避免各工況下由于車身強(qiáng)度不足而導(dǎo)致的車輛受損。

關(guān)鍵詞：公交車車架;Hypymesh;有限元;靜強(qiáng)度分析

中圖分類號：G712 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）19-85-03

The Static Strength Analysis of Bus Load-bearing Body Based on Hypymesh

Shen Hong， Xin Ke

（ School of Automotive Engineering， Jiangsu Vocational College of Information Technology， Jiangsu Wuxi 214153 ）

Abstract： Taking a bus frame as the research object， build 3D solid models on solidworks， then import Hypymesh to establish finite element model and carry out static strength analysis. Results show that the stress of the right wheel torsion condition after the static strength of the bus frame is the largest， which is very close to the yield limit of the frame material， and the safety factor is low. Therefore， it can be considered to improve the structure at this point. the static strength analysis in advance can effectively avoid the vehicle damage caused by the insufficient strength of the vehicle body under various working conditions.

Keywords： Bus frame; Hypymesh; Finite element; Static strength analysis

CLC NO.： G712 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-85-03

引言

強(qiáng)度即為構(gòu)件可以承受規(guī)定范圍的載荷的作用而不會發(fā)生破壞的能力。任何機(jī)械機(jī)構(gòu)，工作時都需抵抗載荷的破壞，實(shí)現(xiàn)正常的工作運(yùn)轉(zhuǎn)。通過靜強(qiáng)度分析，可以有效針對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與改進(jìn)。

公交車車架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在路面行駛時，工況也非常復(fù)雜，會受到各種載荷對車架的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞。所以，汽車結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時就必須考慮到車架在受到各種工況的載荷作用也不會發(fā)生失效變形，保證能在載荷允許承受范圍內(nèi)不產(chǎn)生疲勞破壞。因此，車架的強(qiáng)度對整車骨架的影響非常重要。本文將對某公交車車架進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，計(jì)算車架在不同工況下的應(yīng)力施加情況，為車架設(shè)計(jì)的合理性提供依據(jù)。

1 有限元模型建立

1.1 幾何模型與材料參數(shù)

如圖1所示，為公交車車架模型，整車尺寸為：長x寬x高=11350x 2240x 2800/2950（空調(diào)）mm，采用全承載式車身結(jié)構(gòu)，以方管為主。其中車身采用55x55x3鋼管，底邊大梁為75x55x6鋼管，其材料詳細(xì)信息見表1。

全車質(zhì)量：全車管梁為全鋼結(jié)構(gòu)，鋼材密度為7850kg/m3;車窗玻璃：前擋厚度6 x10-3m，側(cè)面玻璃厚度5x10-3m，總面積24.25m2，密度2500kg/m3，總質(zhì)量為318kg;車底防護(hù)層總面積24.64m2，密度7.4 kg/m2，總質(zhì)量為182kg;乘客座椅每個7kg，32個，總質(zhì)量為224kg;全車整備質(zhì)量為9395kg，如表2所示。

1.2 網(wǎng)格劃分及前處理

由于車身長度與厚度比例差距很大，所以采用梁單元建立有限元模型較為合理。本文劃分網(wǎng)絡(luò)時采用25mm的單元尺寸，共創(chuàng)建24886個單元，以正變形網(wǎng)格為主。

2 車架靜強(qiáng)度分析

2.1 載荷施加

電動公交車車架的具體載荷施加方式：

（1）通過在Load Collector建立GRAV屬性的卡片，然后定義方向沿Y軸垂直向下的重力加速度作為車架自重的模擬，加速度值為9.8m/s2。

（2）車內(nèi)的前后、側(cè)圍的車窗、座椅、地板及乘客的重量都可以作為看做沿Y軸垂直方向向下均布載荷作用在車架縱梁上。

（3）電機(jī)、變速箱、空調(diào)、控制器等以集中載荷的方式根據(jù)其質(zhì)心位置垂直向下作用，通過建立RBE3單元施加到各自的安裝支座上。如圖2所示。

2.2 車架彎曲工況分析

為盡可能得到汽車在此工況行駛中的準(zhǔn)確的彎曲工況分析結(jié)果，需要對車架設(shè)置邊界條件，也即添加約束。約束部位應(yīng)選取鋼板彈簧上，對于公交車來說，可以忽略鋼板彈簧，即施加在縱梁上。

在Hypermesh中建立loadstep分析步創(chuàng)建載荷和邊界條件，最終可在Rodiss求解器中得到應(yīng)力云圖。如圖3所示，為彎曲工況應(yīng)力云圖。

2.3 車架扭轉(zhuǎn)工況分析

扭轉(zhuǎn)工況對車架性能的考驗(yàn)最為明顯，對車架損害巨大。本文采用懸空某一車輪的方法。對此需進(jìn)行兩種工況的分析，分別為對左前輪懸空和對右后輪懸空。

最終在Rodiss求解器中得到左前輪，右后輪懸空時的應(yīng)力云圖。

2.4 車架制動工況分析

公交車在城市道路行駛時，速度都不大，并且制動速度逐漸減小，此工況下的動載荷對車身影響非常小，本文取1.0的動載荷系數(shù)，0.8g的制動減速度。通過Radioss求解得到應(yīng)力云圖如圖5所示。

2.5 車架轉(zhuǎn)彎工況分析

轉(zhuǎn)彎工況是指公交車橫向加速度轉(zhuǎn)彎時，車身骨架受力和變形情況。一般為縱向減速度和橫向加速度所產(chǎn)生的力，為了計(jì)算城市道路的公交車此工況下的應(yīng)力，取縱向減速度和橫向加速度均為0.4g。制動時的動載荷系數(shù)0.4g。應(yīng)力云圖如圖6所示。

2.6 結(jié)果分析

依據(jù)上述分析結(jié)果，對比材料的屈服極限，計(jì)算出了材料的安全系數(shù)，如表3所示。

由上表可知，右后輪扭轉(zhuǎn)工況的最大應(yīng)力為329Mpa，非常接近材料的屈服極限，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，可以考慮此處結(jié)

構(gòu)適當(dāng)優(yōu)化。

3 總結(jié)與展望

本文基于Hypymesh對公交車車架進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析，得出該車車架在彎曲工況、左前輪扭轉(zhuǎn)工況、右后輪扭轉(zhuǎn)工況、制動工況、轉(zhuǎn)彎工況這五種工況下的應(yīng)力云圖，有效地反應(yīng)出了車架的強(qiáng)度狀態(tài)，為車架的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)，消除安全隱患。

最后將得到的應(yīng)力云圖數(shù)據(jù)與車身材料的屈服強(qiáng)度對比，得到右后輪扭轉(zhuǎn)工況安全系數(shù)偏低，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

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