客车的强度与刚度分析文献综述.doc

某客车车身结构强度与刚度分析文献综述
一课题意义

车架将发动机、底盘和车身等各个主要组成部分连成一个整体,是汽车的关键承载部件,它承受的载荷包括汽车自身的质量和行驶时所受到的冲击、扭曲、惯性力等.车架设计和校核以前多采用简化力学模型,且主要考虑静力分析,由于车架的结构和受力的复杂性,合理的设计目标很难实现.随着计算机的快速发展,国内汽车行业将有限元技术应用于车架强度计算,但汽车的行驶工况非常复杂,不可能完全模拟实际行驶过程中的所有工况.因此,本文着重分析客车车架在匀速、扭转、紧急制动、急速转弯等几种典型工况下的承受载荷情况和变形情况,所得结果可直接用于汽车设计的改进和性能评价.结合全承载客车的开发,应用有限元分析工具建立该车车身结构的CAE模型,并对该车进行静态工况计算及模态分析。指出该车在设计中可能存在的问题,针对该问题提出改进方案,通过分析比较,说明改进方案的有效性和合理性。客车车身结构型式按承载方式可分为非承载式、半承载式和全承载式。三种结构型式在承载方式、结构设计原理以及加工制造工艺上均有明显不同。全承载式车身骨架与其他两种车身结构相比，其突出特点是没有相对独立的底盘车架，客车载荷主要靠由小截面型材焊接而成的封闭骨架承受。所以全承载式客车车身必须具有足够的强度，保证其使用寿命和足够的刚度，以保证其使用要求。
二课题的发展情况
1
匀速直线行驶工况
匀速直线行驶工况的计算主要是对客车满载状态下(也称满载纯弯曲工况)四轮着地时的结构抗弯强度进行校核,可以了解客车在良好路面下匀速直线行驶时的应力分布和变形情况.用车身骨架质量和载荷乘以动载系数(本文动载系数取2
5),方向竖直向下,以模拟客车在此工况产生的对称垂直动载荷.在分析时,为了防止车身刚体位移淹没车身的弹性位移,所选择的工况在弯曲工况的基础上忽略钢板弹簧、轮胎的刚度和前、后桥的重量[1].
有限元分析模型的4个支承点分别取在对应车轮的轴心,工况分析可以只约束4个支承点处在整体坐标系中的Z方向的平动自由度.如图1为匀速直线行
驶工况下车架的结构强度和刚度分析图.

2
扭转工况


扭转工况的计算主要考虑一轮悬空时施加在车架上的扭矩的作用.根据客车实际行驶情况,一般考虑左、右前轮分别悬空.扭转工况下载荷的处理方式与车身静弯曲工况相同.模拟某轮悬空的方法是:释放悬空轮的全部自由度约束,约束其它3个支承点的相应平动自由度[2].图2~7(见82页)为左扭
转工况下车架的结构强度和刚度分析图.图8~13(见82、83页)为右扭转工况下车架的结构强度和刚度分析图.表1为扭转工况下车身各部分最大应力统计表.表1
扭转工况下车身各部分最大应力统计表名称
最大应力值(MPa)
左前轮悬空右前轮悬空
右侧围13160
左侧围12458
顶
盖12355
车
架7935
前
围7030
后
围5633

3
紧急制动工况
紧急制动工况的计算主要考虑:当客车以最大制动加速度0
7g制动时,地面制动力对车身的影响.载荷处理与静态弯曲工况基本相同.约束的处理方法是:约束4个支承点处的全部Z方向的平动自由度,约束前后轮支承点的X方向的平动自由度.

4
急速转弯工况
急速转弯工况的计算主要考虑:当客车以最大转向加速度0
4g转弯时,惯性力对车身的影响.载荷处理的方法同紧急制动工况类似,只是将纵向的制动力影响改为横向的惯性力影响,制动加速度0
7g改为向心加速度0
4g,用于模拟转向惯性力对车身的影响[3].


约束的处理:约束各支承点处的Z方向的平动自由度,放松所有的转动自由度.如图18、图19为左急速转弯工况下车架的结构强度和刚度分析图.图20、图21为右急转弯工况下车架的结构强度和刚度分析图.表2为4种典型工况下车身各部分最大应力统计表.结果表明,该车身骨架的强度有足够表2四种典型工况下车身各部分最大应力统计表名称最大应力值(MPa)静弯曲工况扭转工况紧急制动工况急速转弯工况的余量.需要强调的是,在扭转工况下,车身各部分的最大应力都出现在左前轮悬空的工况下,原因主要是该车型结构上的不对称造成的.急速转弯工况的最大应力是综合考虑了两种不同情况而得出的结果.
实际上,本模型由于略去了蒙皮和非承载构件的影响,因此所计算的车身强度和刚度比实际偏低.从节省材料的角度来说,应当可以对其结构进行优化.在该车型的前后轴距基本不变、车门位置不变的情况下,可以合理安排载荷的分布位置,根据计算所得到的结果,适当调整车身骨架各梁的截面形状和尺寸,改
变梁截面的惯性矩,尽可能满足各处等强度和等扭转刚度要求,以达到充分利用材料、降低整车重量目的.
右侧围151312632
左侧围151242834
顶
盖812325
223
9
车
架13794321
3
前
围7
67022
422
9
后
围30