一種廂式車板式隔離欄安裝點(diǎn)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

韋寧 趙紅飛

【摘 要】隨著廂式運(yùn)輸車規(guī)范性新要求的出臺(tái)，傳統(tǒng)的格柵式隔離欄結(jié)構(gòu)要求更改為板式隔離欄。文章利用有限元分析方法，對(duì)板式隔離欄在側(cè)圍上的安裝點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度分析，分析結(jié)果顯示局部存在高應(yīng)力現(xiàn)象。通過對(duì)高應(yīng)力產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并對(duì)側(cè)圍固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，有效解決了隔離欄強(qiáng)度問題，使其滿足板式隔離欄的安裝要求。

【關(guān)鍵詞】廂式運(yùn)輸車;板式隔離欄;側(cè)圍固定點(diǎn)

【中圖分類號(hào)】U469.2;U465.22【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-0688（2020）11-0024-03

0 引言

我國(guó)物流運(yùn)輸業(yè)以汽車公路運(yùn)輸為主要方式，其中廂式運(yùn)輸車已經(jīng)成為汽車公路運(yùn)輸?shù)闹饕煌üぞ?。隨著城市化進(jìn)程的加快，電子商務(wù)的發(fā)展和線上購(gòu)物的興起，小到如牙刷牙膏等日常生活用品，大到如冰箱、彩電等家用電器，足不出戶，送貨上門儼然成為一種快速、便捷的購(gòu)物方式，廣受人們的青睞，廂式運(yùn)輸車市場(chǎng)需求越來越大，具有非常廣闊的前景，為廂式運(yùn)輸車的生產(chǎn)廠家?guī)頍o限商機(jī)。

但是隨著汽車保有量的激增，引發(fā)的道路交通事故嚴(yán)重危害人們生命安全，道路交通安全形勢(shì)十分嚴(yán)峻。為維護(hù)道路交通，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，避免過載現(xiàn)象，相關(guān)部門對(duì)隔離欄裝置提出了法規(guī)要求：封閉式貨車在最后排座位的后方應(yīng)安裝具有足夠強(qiáng)度的板式隔離裝置。

傳統(tǒng)的車身結(jié)構(gòu)，安裝上法規(guī)要求的板式隔離欄結(jié)構(gòu)，在側(cè)圍固定點(diǎn)存在高應(yīng)力現(xiàn)象，在汽車行駛過程中，固定點(diǎn)出現(xiàn)鈑金開裂，安裝不牢固風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)乘客人身安全帶來極大威脅，以及發(fā)生交通事故的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，急需優(yōu)化車身隔離欄固定點(diǎn)結(jié)構(gòu)，以滿足強(qiáng)度要求。

1 車身結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

本文以某5座廂式運(yùn)輸車為研究對(duì)象，該廂式車隔離欄結(jié)構(gòu)為不銹鋼格柵式結(jié)構(gòu)，左右兩側(cè)在后側(cè)圍內(nèi)板上各設(shè)計(jì)有1個(gè)固定點(diǎn)，地板上布置2個(gè)安裝點(diǎn)。其中，側(cè)圍上固定點(diǎn)的車身結(jié)構(gòu)如下：通過在材質(zhì)為（BUFD-FB-D/t=0.7）的后側(cè)圍內(nèi)板開設(shè)2個(gè)安裝孔，并安裝鉚接螺母，通過鉚接方式與隔離欄支架連接固定（如圖1所示）。

2 新法規(guī)要求的車身結(jié)構(gòu)有限元分析

2.1 法規(guī)要求的車身結(jié)構(gòu)分析

為滿足法規(guī)的要求，將隔離欄改為板式結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。本文借助有限元分析方法，對(duì)目前結(jié)構(gòu)的左側(cè)圍總成、右側(cè)圍總成、后地板總成數(shù)據(jù)建立有限元模型，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。

2.1.1 有限元分析

有限元分析方法是一種將一個(gè)較大的完整的連續(xù)體結(jié)構(gòu)離散化為有限個(gè)較小的單元的集合體，從而可以對(duì)其方便地進(jìn)行分析的數(shù)值計(jì)算方法。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，有限元方法已經(jīng)發(fā)展成為一種最有效的解決力學(xué)和計(jì)算工程學(xué)領(lǐng)域問題的方法[1]，其分析的基本步驟如圖3所示[2]。

常用的有限元分析軟件有CATIA、HyperWorks等，本文運(yùn)用HyperWorks軟件中HyperMesh模塊首先對(duì)白車身、隔離欄結(jié)構(gòu)進(jìn)行一些簡(jiǎn)單處理，形成有限元模型，簡(jiǎn)化過程中注意確保模型與分析實(shí)體盡可能一致[3]。其次進(jìn)行網(wǎng)格劃分，將模型劃分成有限個(gè)小的單元，各單元體依靠節(jié)點(diǎn)互相連接，因網(wǎng)格劃分大小對(duì)仿真強(qiáng)度結(jié)果有顯著影響，且對(duì)劃分網(wǎng)格工作量及計(jì)算時(shí)間也有影響，故后排隔離欄在側(cè)圍、地板上的固定點(diǎn)區(qū)域的鈑金劃分的單元體尺寸為5 mm×5 mm，其余位置采用8 mm×8 mm的規(guī)格。再次對(duì)建立的有限元模型約束、加載，利用NASTRAN求解器進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生結(jié)果文件。最后用HyperWorks的有限元后處理工具Hyperview軟件打開結(jié)果文件，查看有效變形云圖，讀取零件各部位的應(yīng)力值。

2.1.2 分析結(jié)果

通過仿真結(jié)果可以看出，兩側(cè)側(cè)圍處隔離欄的固定點(diǎn)，后側(cè)圍內(nèi)板位置應(yīng)力最大，為315 MPa，超出其板材的155 MPa的屈服強(qiáng)度，有極大的開裂風(fēng)險(xiǎn)（如圖4所示）。

通過分析得出后側(cè)圍內(nèi)板存在高應(yīng)力的原因：安裝點(diǎn)為單層板結(jié)構(gòu)，且料厚為0.7，隔離欄結(jié)構(gòu)由格柵式改為板式結(jié)構(gòu)后，隔離欄結(jié)構(gòu)本身強(qiáng)度增大，最薄弱位置轉(zhuǎn)移至側(cè)圍處的鈑金，最先開裂失效的是側(cè)圍處的鈑金。表1為兩種隔離欄結(jié)構(gòu)車身零件受力情況。

3 車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為提高安裝點(diǎn)局部強(qiáng)度，結(jié)合實(shí)際車型更改周期、成本等因素考慮，采取如下優(yōu)化方案。

（1）后側(cè)圍內(nèi)板背面增加隔離欄加強(qiáng)板，材質(zhì)為BLC-FB-D/t=1.5。

（2）緊固方式由鉚螺母改為點(diǎn)焊螺母，利用座焊機(jī)先將螺母凸焊在新增的加強(qiáng)板上，然后加強(qiáng)板再通過4個(gè)焊點(diǎn)與后側(cè)圍內(nèi)板連接（如圖5所示）。

針對(duì)優(yōu)化后的方案，重新建立有限元模型數(shù)據(jù)，對(duì)其重新進(jìn)行強(qiáng)度分析，后側(cè)圍內(nèi)板上的最高應(yīng)力值由315 MPa降到了91 MPa，增加的加強(qiáng)板最高應(yīng)力值為172 MPa，未超出其材質(zhì)的屈服強(qiáng)度178 MPa，安裝支架最高應(yīng)力值由原來的358降低至219 MPa（如圖6所示）。

從表2兩種隔離欄結(jié)構(gòu)應(yīng)力值對(duì)比可以看出，通過以上優(yōu)化方案，能夠提高隔離欄安裝點(diǎn)局部強(qiáng)度，能夠極大地降低側(cè)圍處鈑金的應(yīng)力值，避免開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

本文利用有限元分析方法對(duì)格柵式、板式兩種隔離欄在側(cè)圍上的固定點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比分析，通過原因分析并進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化，仿真分析結(jié)果如下。

（1）原車型上使用的料厚0.7的單層板結(jié)構(gòu)無法滿足安裝點(diǎn)強(qiáng)度要求，在后側(cè)圍內(nèi)板背面增加材質(zhì)為BLC-FB-D/t=1.5的加強(qiáng)板，并優(yōu)化了螺母的安裝方式后，極大地降低該處的最大應(yīng)力值，起到局部加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的作用。

（2）優(yōu)化方案能夠滿足安裝板式隔離欄新法規(guī)的要求，同時(shí)對(duì)后續(xù)同類型車型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供思路、參考。

（3）采用有限元分析進(jìn)行強(qiáng)度校核，根據(jù)仿真結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)降低更改成本、縮短試驗(yàn)及開發(fā)周期具有重大意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王勖成，邵敏.有限單元法基本原理和數(shù)值方法[M].北京：清華大學(xué)出版社，1997.

[2]譚繼錦.汽車有限元法[M].北京：人民交通出版社，2018.

[3]王青泉.基于Hypermesh的大客車車身骨架有限元分析[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2013.