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1、上海交通大学胡志远吉林大学高云凯摘要本文建立了国产某轻型客车车体结构有限元分析模型, 并分析了小牛腿长度对车体结构强度和结构刚度的影响。叙词: 轻型客车车身小牛腿1前言国产轻型客车车身多以半承载式为主, 由车架、牛腿及横担焊接而成的车架改制总成作为车体完整骨架的底部基础, 车身骨架通过横担及牛腿与底部基础连接, 车架仍然是其主要承载结构。在轻型客车车体结构设计中, 为了节省材料和降低重量, 车架改制总成常采用小牛腿结构。为合理匹配车架与车身之间的联接强度和刚度, 研究小牛腿对车体结构强度和结构刚度的影响就显得十分必要。2轻型客车车体结构有限元分析模型用板单元模拟车架与牛腿; 用空间薄壁梁单元模
2、拟车身骨架元件, 包括车架改制总成上的横担, 横担上梁单元结点与对应的车架或牛腿上的板单元结点以主从结点关系处理; 用膜单元模拟车身蒙皮, 膜单元上的结点与对应的车身骨架上的梁单元结点归一简化。整个轻型客车车体结构有限元分析模型包括2 155 个结点和2341 个单元, 如图1 所示。将悬架元件与车体结构有限元模型组合起来分析。将钢板弹簧等效为一个水平布置的矩形截面梁, 并以主从结点关系模拟该梁两端点与对应车架吊耳处结点的关系, 4 个支承点分别取在对应4 个钢板弹簧等效梁的中点。把动力总成、备胎、蓄电池、油箱、玻璃、乘员、座椅、行李及行李架的重力分别作为集中载荷分配到对应各安装点的模型结点上
3、(图1)。3小牛腿长度对车体结构强度、刚度的影响分析以小牛腿根部与车架纵梁相交处的节点的应力为衡量指标, 分别考虑弯曲和扭转两种工况, 小牛腿的长度对各个小牛腿根部弯曲应力和扭转应力平均值的影响分别如图2、图3 所示。由图2 可知。随着小牛腿长度的增加, 各小牛腿根部弯曲应力的平均值下降, 但开始下降速度缓慢。当小牛腿的长度超过200mm 时, 弯曲应力的平均值下降幅度明显加快。由图3 可知, 当小牛腿的长度由200mm 增加到300mm 时, 各小牛腿根部扭转应力的平均值急剧下降, 但当长度超过300mm 时, 扭转应力的平均值不再下降, 反而增加。小牛腿的长度对各个小牛腿根部弯曲应力和扭转
4、应力最大值的影响分别如图4 和图5 所示。由图4 可知, 随着小牛腿长度的增加, 各小牛腿根部弯曲应力的最大值下降; 当小牛腿长度超过200mm时, 弯曲应力最大值下降幅度加快; 当小牛腿的长度超过300mm 时, 弯曲应力最大值下降幅度又明显变慢。由图5 可知, 随着小牛腿长度的增加, 各小牛腿根部扭转应力的最大值呈先增加、后急剧下降的趋势。当小牛腿的长度小于300mm 时, 扭转应力的最大值增加, 但增加的幅度不大; 当小牛腿的长度超过300mm 时, 扭转应力的最大值急剧下降。分别用车架竖直方向的最大挠度和车架轴间相对扭角来评价车体结构的弯曲刚度和扭转刚度, 小牛腿的长度对车体结构弯曲刚
5、度和扭转刚度的影响如图6 和图7 所示。由图6 和图7 可知, 随着小牛腿长度的增加, 车架竖直方向的最大挠度和车架轴间相对扭角下降, 但变化不大。表明车体结构弯曲刚度增强, 但增强不明显; 当小牛腿的长度超过300mm 时, 车架竖直方向的最大挠度和车架轴间相对扭角下降幅度增大, 车体结构弯曲刚度和扭转刚度增强幅度相应增大。4结论(1) 当小牛腿的长度超过200mm 时, 各小牛腿根部弯曲应力的平均值下降, 扭转应力的最大值增加; 当小牛腿的长度超过300mm 时, 各小牛腿根部扭转应力的平均值和弯曲应力的最大值增加, 扭转应力的最大值急剧下降; 当小牛腿的长度在200mm 至300mm 之
6、间时, 各小牛腿根部扭转应力的平均值和弯曲应力的最大值急剧下降。(2) 随着小牛腿长度的增加, 轻型客车车体结构弯曲刚度增强, 但增强幅度不大; 当小牛腿的长度超过300mm 时, 轻型客车车体结构弯曲刚度和扭转刚度增强幅度增大。(3) 国产某轻型客车的小牛腿根部应力值较低, 小牛腿的强度还有较大潜力, 应改进该车小牛腿设计。参考文献1黄天泽, 黄金陵. 汽车车体结构与设计. 北京: 机械工业出版社, 1989.2冯国胜, 贾素梅. 轻型车有限元分析及应用. 机械强度, 1996,18 (2) : 79 813胡志远. 轻型客车车体结构静力分析及静态特性优化学位论文. 长春: 吉林工业大学, 2000.4冯国胜. 客车车体结构的有限元分析. 机械工程学报, 1999,35 (1) : 91 95