摘 要：在調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合全承載式客車的特點，建立了某型客車車身骨架有限元模型，并進行實驗驗證，運用驗證的模型分析靜態(tài)工況下客車車身骨架的強度及剛度特性。
　　關(guān)鍵詞：車身骨架 有限元 強度分析 剛度分析
　　中圖分類號：U463文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0108-01
　　客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要任務(wù)是確保車體具備一定的剛度、強度和相應(yīng)動態(tài)性能以滿足實際使用的需求[1]。本文運用有限元法，采用ANSYS軟件建立了某承載式客車車身骨架有限元模型，通過實車靜態(tài)應(yīng)變測試驗證了模型的精確性。最后，運用所建立的模型分析該型客車在整車裝配條件下各部件、總成的應(yīng)力分布及車身變形情況[2]。
　　1 有限元模型的建立
　　1.1 模型的簡化
　　有限元分析過程中，幾何模型在盡可能如實反映整車結(jié)構(gòu)主要力學(xué)特征的基礎(chǔ)上應(yīng)對模型進行適當簡化[3]以提高分析的效率，忽略某些對整車應(yīng)力分布和變形影響較小的小尺寸結(jié)構(gòu)，如：小孔、開口、翻邊等；忽略車身蒙皮的影響；將空間曲梁簡化為直梁并建立等效的懸架系統(tǒng)。
　　1.2 幾何模型的生成
　　將車身UG模型導(dǎo)入ANSYS軟件中，生成三維幾何模型。
　　1.3 材料屬性的確定
　　該型客車的車身骨架采用的是16Mn，16Mn的材料參數(shù)如表1所示，材料參數(shù)的單位均已經(jīng)換算為單位制Kg-mm-s。
　　1.4 載荷處理
　　汽車在行駛過程中是受交變載荷作用的，當動載荷較小時，只需進行靜態(tài)分析。此時，發(fā)動機、車窗玻璃、乘客質(zhì)量可按集中載荷加載到相應(yīng)的支撐結(jié)點上；行李艙內(nèi)放置的行李及頂蓋上的空調(diào)可按均勻加載方式，均勻分布到車身骨架對應(yīng)的梁單元上。
　　2 靜態(tài)電測實驗及有限元模型驗證
　　對加載后的模型進行求解計算，選取模型中應(yīng)力較大的地方并根據(jù)實際經(jīng)驗確定布點方案，布置70個測點。對實車進行靜態(tài)電測試驗，靜態(tài)試驗所測得的值和模型有限元分析結(jié)果通過對比，80%多的測點理論計算值與試驗結(jié)果相對誤差都在允許范圍內(nèi)。由于模型得簡化和加載不可避免的與實車存在差異，同時考慮到實際的實驗誤差，可以認為測試結(jié)果與計算分析比較吻合，從而說明所建立的有限元模型是正確和可靠地。
　　3 載荷工況分析
　　3.1 計算工況
　?。?）水平彎曲工況。
　　水平彎曲工況模擬客車在靜態(tài)或在水平良好路面上勻速直線行駛時產(chǎn)生的對稱垂直動載荷。約束條件為：約束左前板簧支撐點全部自由度，約束右前板簧支撐點X、Z方向自由度，約束左后板簧支撐點Y、Z方向自由度，約束右后板簧支撐點Z向自由度，并釋放支撐點全部轉(zhuǎn)向自由度。
　?。?）彎扭工況。
　　彎扭工況模擬客車滿載狀態(tài)下在不平的路面行駛時，一個車輪進入凹坑而懸空，另一車輪被抬高時施加在車橋上的扭矩作用。約束條件為：釋放左前板簧支撐點Z方向自由度（左前輪懸空），其他同水平彎曲工況。
　?。?）制動工況。
　　制動工況模擬客車行駛過程中以最大制動加速度緊急制動時，地面制動力對車身骨架的影響。約束條件為：對整車施加縱向加速度0.7g，其他同水平彎曲工況。
　?。?）轉(zhuǎn)彎工況。
　　轉(zhuǎn)彎工況模擬轉(zhuǎn)彎時側(cè)向慣性力對車身的影響。約束條件為：在水平彎曲工況的基礎(chǔ)上，對整車施加橫向加速度0.4g。
　　3.2 強度分析
　　強度分析采用第四強度理論導(dǎo)出的等效應(yīng)力，即VonMises應(yīng)力進行評價。采用安全系數(shù)n評判強度是否足夠，該車型骨架材料采用16Mn=345MPa。
　　分析看出，四種工況下客車底架總成區(qū)域應(yīng)力最大。底架承受了客車大多數(shù)的垂直載荷，因而這一結(jié)果符合實際。安全系數(shù)上，除極限彎扭工況外，四種工況下客車各總成均具有較大的安全系數(shù)。客車實際運行過程中極少會出現(xiàn)極端的極限彎扭工況。
　　3.3 剛度分析
　　車身靜態(tài)剛度的優(yōu)劣直接影響汽車使用性能的正常發(fā)揮。剛度不足會使車身部件產(chǎn)生變形而破壞零部件之間的相對位置，從而引起應(yīng)力集中降低零部件的使用壽命。通過對比，極限彎扭工況下變形最大達到29.83mm，位于頂蓋、前圍和左側(cè)圍連接區(qū)域。其他三種工況下，車身各部件均無較大變形，整車車身骨架剛度尚可。
　　4 結(jié)語
　　車身結(jié)構(gòu)強度和剛度分析是車身結(jié)構(gòu)評價的基礎(chǔ)，建立車身結(jié)構(gòu)強度分析的邊界條件、載荷工況、評價規(guī)范是分析的重點。本研究通過對該型客車四種工況的模擬與分析，可以認為該型客車車身骨架的剛度和強度基本滿足使用要求。同時，底架前段應(yīng)力值較高，也可對客車底架結(jié)構(gòu)進行進一步優(yōu)化。
　　參考文獻
　　[1]楊宇光，胡锫.客車車架結(jié)構(gòu)強度計算[J].長春光學(xué)精密機械學(xué)院學(xué)報，1998.
　　[2]柴山，焦學(xué)健，王樹鳳.CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2005.
　　[3]馮國勝.輕型車有限元分析及應(yīng)用[J].城市車輛，199