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基于HyperWorks的客车车身强度分析

发布于:2018-02-18 16:18
强度分析

杭州微强科技有限公司 www.wqaduer.com        运用HyperWorks软件对某客车车身骨架进行了杭州微强科技有限公司建模,对5种实际模拟工况进行了杭州微强科技有限公司,旨在根据分析结果对其骨架结构进行改进设计以改善其应力。并为轻量化设计提供参考依据。
       研究的某半承载式客车,其车身骨架由矩形薄壁梁杆件焊接而成,材料为Q235钢,车架采用16MnL钢,车身骨架设计安全系数为1.5,许用应力为157MPa;该车最大载重质量6500kg,整备质量3900kg;整车附件包括发动机、变速器、空调和油箱等;悬架为钢板弹簧。通过分析,车身结构可以分解为顶、侧、前、后、底和车架等几个部分,在HyperMesh中对各部分独立建模,然后再组合成车身整体的有限元模型。建模时的一些细节处理如下:网格和焊接单元,采用2D壳单元进行网格划分,单元类型为四边形,单元大小为15mmX15mm,车身骨架焊接处主要用重节点连接和Rigid单元连接2种方式来模拟。车身附件的处理:发动机、变速器及油箱质量以质量点的形式模拟,并用RBE3约束单元将质量点与车身骨架连接。悬架的处理:该客车为弹簧钢板式半承载悬架,采用刚性梁单元与弹簧单元组合的形式来模拟钢板弹簧的力学特性L2-31,其中刚性单元起导向作用,弹簧单元起缓冲作用。该客车前钢板弹簧刚度为125Nm,后钢板弹簧刚度为1951mm,弹簧单元在1D-spring中建立,刚度值在属性中定义。载荷:分别以额定和满载工况对车身骨架进行有限元分析,载荷主要包括车身自重、人椅重量、顶部和后货舱货重。其中车身自重包括车身骨架、车架、顶板、地板、后座板及后货舱板的重量。人椅重量用质量点模拟,并将其施加在人椅重心处,用RBE3约束单元将其与车身骨架连接,考虑满载时,过道上超载人的重量按均布载荷施加在过道上。顶部和后货舱货物重量以均布载荷形式施加在相应位置,模拟载荷步中顶部和后货舱货重的超载系数设为1.5,其余按1.0设置。客车车身骨架有限元模型,共计189576个节点,188009个单元。
       应用杭州微强科技有限公司软件对车身骨架在弯曲、弯扭、刹车、转向、弯道制动等5种工况下分别对额定载荷和满载载荷进行了强度分析。由计算结果可知,车身骨架最大应力值为额定工况时的198MPa和满载时的245MPa,超出Q235许用应力。为157MPa最大应力点均位于顶盖第3根横梁与右侧围焊接处,该位置出现了明显的应力集中,通过分析发现这主要是由于连接位置采用直角过渡,结构设计不合理造成的,可通过加加强板或增加接头处梁的板厚来减少该位置的应力水平。另外,左右侧围后部乘客座椅断开梁处应力也较大,可通过改进该处的结构来减少该位置的应力水平。而其他位置应力绝大部分都在22MPa以下。
       总体来说,弯曲工况下车身骨架的整体强度具有较大的余量。参照行业规范和该客车实际运营道路情况,对额定载荷及满载载荷各考虑弯扭组合工况的6种情况。由应力云图分析发现工况相同的情况下出现应力集中的位置是一样的。额定载荷下部分工况应力图。具体各工况应力最大值及对应位置。由计算结果分析可知,额定工况的6种情况绝大部分构件的应力在30MPa以下。总体来说,车身骨架的应力较低,只有个别应力集中的区域接近或超过材料Q235的屈服强度,高应力区域主要出现在顶盖横梁与侧围焊接处以及左右侧围后部连接乘客座椅断开梁处。与弯曲工况相比,弯扭工况6种情况的应力相差不多。除去上述高应力区域,车身骨架的强度富有较大余量。其余刹车、转向、弯道制动工况的强度分析结果不在这里赘述,由强度计算结果分析汇总可知,5种工况下出现应力集中的部位大体一致,主要出现在车身骨架顶盖横梁与侧围焊接处以及左右侧围后部连接乘客座椅断开梁处。因此需对骨架结构进行优化改进以改善其应力分布及大小。


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