大客车车身骨架结构强度分析及其改进设计

龙源期刊网大客车车身骨架结构强度分析及其改进设计作者：王锋来源：《中国科技博览》2018年第18期[摘要]现在客车骨架的轻量化主要研究趋势则是轻量化材料使用和合理车身结构设计两个方面。经过对大客车骨架的设计与优化能够在保证客车车身强度等要求的前提下，尽可能的减少车身骨架的材料，能够在必定程度上降低车身的质量，使其轻量化，然后减少客车的制作成本，前进燃油经济性，减少客车动力消耗，缓解日益严重的动力危机。并且车身结构的优化能够提升客车的驾驭性能与安全性。[关键词]大客车车身；骨架结构；强度分析；改善设计中图分类号：S475文献标识码：A文章编号：1009-914X（2018）18-0082-02随着现代交通的开展和客车工业的前进，客车现已彻底融入到我们的日常生活中。我国人口众多，公共交通是我国开展的干流。客车不只具有及时敏捷的特色，并且能够完成点对点的直线运送，机动灵活性十分强。大客车作为公路客运最主要的一种方式，与航空、铁路相得益彰，每年承担着城乡、城际等重要的载客使命。因而，客车的节能和环保直接影响着我国的动力和环境。据统计，客车质量每降低10%，相应的耗油量减少6%-8%，尾气排放也会降低许多。客车车身质量占整个轿车整备质量的20%-30%，因而客车车身轻量化有助于客车油耗的降低和污染物排放的减少，对我国生态文明建设意义重要。1车身结构文章选用的是12M的二轴客车，其最大答应质量为18000kg，轴距为6000mm，车宽与车高的限值分别为2500mm和4000mm。根据车身骨架的结构来断定车窗、车门等设备的方位分散。并对车窗、车身、行李舱、底架、车顶等进行预设计。有限元模型使用ANSYS软件分分出客车骨架的全体应力分散情况，对模型施加载荷和束缚，模仿客车内行驶过程中各工况的应力情况，对客车骨架进行验证。1.1各典型工况下的静力分析各工况下的主要载荷与施加方式如表1所示。1）紧急制动工况。该工况下，前悬架装配出节点的X（ux）、Y（uy）、Z（uz）这几个平动自由度，并开释滚动自由度，后悬架出约束Y、Z两个方向上的平动自由度，开释其他自由度。然后ANSYS剖析的应力云图如图1所示，该工况下的应力最大处位于前段悬架处，最大应力数值是137.82MPa，总位移为5.235mm。龙源期刊网）极限改变工况。模仿该种工况需束缚右前悬架安装处节点的X（ux）、Y（uy）、Z（uz）三个方向上的平动自由度，开释其他自由度，左前悬架处不施加束缚，彻底开释自由度，后悬架安装出则束缚Z方向上的平动自由度，开释其他自由度。经过ANSYS剖析，能够得知应力的最大分布区在行李舱与后架的衔接处，应力云图如图2所示。车身最前端改变变形最大，最大位移为16.54mm，最大应力为194.708MPa。此工况下的车身所受的弯矩应力云图如图3所示。经过弯矩的应力云图可知在这种状况下客车的改变变形状况较为严峻，弯矩的大部分坐落车身垂向断面上及前后端悬架处。3）紧急转弯工况。该工况下应当束缚前悬架装配出的节点在X、Y、Z三个方向上的平动自由度，开释所有滚动自由度，后悬架装配出节点所应束缚的自由度也相同，同时在客车骨架的质心处应当施加一个模仿加速度的载荷，在这里拟施加0.4kg的横向载荷，在这种状况下，ANSYS的应力分散云图5如下所示，最大应力值是157.97MPa，总位移为8.654mm。由图4能够看出，车身骨架前段悬架的应力分散最大。1.2车身骨架的模态分析利用ANSYS中模态提取方法blocklanczos法对所涉及的客车骨架进行模态分析，提取骨架的低阶模态，如表2所示。经过此模态振型的表格能够看出，在低阶固有频率下，车身的首要振型表现为，上半部部分曲折，整车改变和侧向曲折，该骨架在低阶频率内有杰出的振荡特性。2骨架的结构优化2.1材料挑选铝合金是现代客车行业中运用最广泛的轻量化材料，铝合金具有杰出的收回性能，收回率有望抵达90%。客车的动力性与燃油经济性随着铝合金运用的添加而提高，文章设计的客车骨架的材料选用了6000系中的6061型铝合金，该材料具有杰出的工艺性，运用该材料约能使车身质量降低30%。2.2运用稳定的力学结构在力学当中，三角形是最具有稳定性。车身设计时应当尽量运用三角形的结构，侧围截取部分结构，如不添加斜撑的话，两者之间的承载能力差距非常大，只是只要1/8～1/6。假如运用添加截面尺度的方法使二者的承载能力抵达相同水准，质量甚至会抵达三角结构质量的2～3倍。故而在满意强度等的要求下，运用三角结构能够大大抵达轻量化。龙源期刊网侧围腰梁的选取侧围是客车车身骨架的首要承载结构之一，提高侧围的承载能力是优化车身结构的一个途径。经研讨标明，恰当的添加腰梁之间的间隔能够在必定程度上添加厕位的承载能力。运用ANSYS剖析，腰梁之间的间隔从800mm增至1000mm时，侧围的承载能力提高了25%左右。在确保客车结构性能的基本要求下，经过降低腰梁之间的间隔，能够提高承载能力并减低质量。2.4车身四个角点结构设计车身的刚度是客车安全性的首要标志，若是组焊的话，可能存在强度刚度不行的状况，因此上半部分能够运用一根型材构成，而下半部分则能够运用斜角加强结构。这种结构设计能够防止在发生翻车时，因为焊接强度的原因使焊接部分开裂，车顶飞出，乘客受伤，提高了客车的安全性。2.5车顶结构设计车顶骨架首要作用是接受行进中发生的部分曲折和改变载荷，与其他结构相连接使车身构成一个关闭整体作用。恰当的添加弧形杆件的尺度，本次设计中将弧形杆的尺度从50×40×3.0mm添加到60×50×3.0mm，提高了弧形杆件的抗弯、扭能力和其刚度强度，在此举的基础上能够省略剩余的弧形杆件，这样既确保了车顶的刚度强度，同时减少了材料，完成了轻量化。车顶上的纵梁在车顶的承载中所起的作用比较小，设计中选用最小值40×40×3.0mm，而且经过合理的分散纵梁的排列，减少纵梁的数量。这样就确保了整车结构与强度，又减少了材料，降低了车身的质量。2.6优化成果对比经过上述优化后，就紧急转弯工况进行应力剖析后和原骨架模型相比较。在满意结构强度要求的前提下，骨架质量降低了大约130kg，轻量化作用明显。结论用轻量化材料6061型铝合金界说了骨架的材料性能，经过有限元方法施加载荷和束缚，对客车骨架进行了静力学剖析，而且模拟了典型工况下客车骨架的应力分散。经过这些研讨，对客车骨架的部分结构进行了优化，使客车骨架的应力分散更合理，提高了车身的刚度、强度，减少了车身所用的材料，抵达轻量化的意图。客车的轻量化提高了燃油的经济性，降低了客车的本钱，在必定程度上提高了客车的整车性能与安全性能。参考文献龙源期刊网[1]王登峰，毛爱华，牛妍妍，等.基于拓扑优化的纯电动大客车车身骨架轻量化多目标优化设计[J].中国公路学报，2017（2）：136-143.[2]龚玉婷，李楚琳.纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计[J].湖北汽车工业学院学报，2016（4）：14-17+23.[3]毛爱华.纯电动大客车骨架结构轻量化多目标优化设计[D].吉林大学，2015.[4]苏瑞意，桂良进，吴章斌，田程，马林，范子杰.大客车车身骨架多学科协同优化设计[J].机械工程学报，2010（18）：128-133.