大客車車身結構強度及剛度的研究

鄭成產

摘要：本文主要介紹了大客車車身結構強度及剛度，重點介紹了大客車車身有限元模型的計算、建立以及計算結果的分析，對大客車車身結構的強度和剛度進行分析，可以加強大客車的牢固性，這樣不僅可以在一定程度上保證乘客的人身安全，還可以促進我國交通結構的完善和發展。

關鍵詞：大客車；車身結構；強度；剛度

1大客車車身有限元模型的計算

1.1有限元模型的簡化

本文所研究的大客車為半承載框架式結構，對其車身的有限元模型進行計算時，需要將各個結構處的連接點和作用點作為節點，并進行以下簡化工作：第一，忽略掉非承載結構件的影響，并利用其他結構對原曲梁進行模擬。第二，將相鄰的結構點當作一個節點處理。第三，規范化各結構中截面的形狀，并忽略掉影響非常小的截面。第四，利用板殼單元對車架進行離散。

1.2分別對剛性梁和柔性梁進行模擬和計算

一般情況下，在相同大小的外力作用下，剛性梁的垂直位移距離遠大于柔性梁的垂直位移距離，懸架剛性梁和柔性梁的模擬圖如圖1所示。對剛性梁的截面進行計算時，要根據截面的實際形狀選擇不同的計算公式，當其截面為正方形時，計算公式為A=5.0*10^5*L/E，其中A為截面面積，L為梁的長度。對柔性梁進行計算時，首先要明確，fb為懸架彈簧剛度K的倒數，因此，可以得到柔性梁計算公式為f=L/3EI=1/K。其中，K為彈簧剛度，L為吊耳距離。

2大客車車身有限元模型的建立

2.1大客車車身骨架模型

在建立大客車車身骨架模型時，首先可以在該結構中建立直角坐標系，其中坐標原點為垂直平面和縱向對稱面的交點，X軸為大客車前進的直線方向，確定Y軸的方向時，可以結合實際情況的需要，但是一定要遵循右手定則。相關工作人員建立模型的過程中要充分利用到模型的簡化方法，對整個大客車車身的骨架進行細致地劃分。

2.2計算有限元過程中荷載的處理

工作人員在計算大客車車身骨架重量的過程中，必須要盡可能準確地確定骨架材料的密度大小以及當地的重力加速度，然后將數據輸入到相關的軟件中，這樣總荷載的大小才能在最大程度上接近實際水平，后續的結構剛度、強度的計算工作就能順利高效地展開。同時，在考慮車窗玻璃的具體重量時，工作人員不能忽略車窗框架的重量，得到其重量數值之后，要換算成荷載量添加到總荷載中。除此以外，如果大客車車身中兩根縱梁都是薄壁式結構，那么截面的中心和彎曲中心可能就無法完全處于重合狀態，在這種情況下，工作人員可以根據實際需要建立新的坐標系，同時也可以對節點進行進一步地簡化。

2.3車身有限元計算過程中工況的選取

大客車車身在大多數情況下都會受到彎曲工況的影響，這時如果車身為水平滿載，那么垂直方向荷載力的數值將會達到最大，這種情況下進行受力分析的準確度是非常高的。對工況進行選取時，工作人員可以從以下幾個方面來完成工作：第一，使大客車后輪下沉200mm之后，對有限元進行選擇，這樣可以保證整個系統的穩定性。第二，如果有必要對大客車的前后輪進行升降處理，那么必須要確保升降幅度在240毫米的范圍之內，第三，要盡可能地降低主觀性的誤差，確保工況選取的科學性和合理性，進而確保有限元計算結果的準確性。

3大客車車身有限元計算結果的分析

3.1大客車車身結構強度的計算

由于彎曲工況會對大客車車身造成一定的影響，因此車身骨架的應力水平一般情況下會呈現出逐步降低的趨勢，一般情況下，一些應力值較大的單元都位于大客車中間門后面的臺階橫梁上，應力值最大可以達到101.4兆帕，但是需要注意的是，應力值大的單元數量并不多，一般有49個。同時，在大多數大客車車身內部，應力區域呈現出一種非常集中的狀態，其中客車前門的立柱上部以及中門的立柱上部等都是應力區域集中的主要部分。從大客車車身的整體來計算的話，其平均應力值在18兆帕左右浮動。

3.2大客車車身結構剛度的計算

如果去除了懸架變形的影響因素，那么客車上身骨架的形變程度就會有所降低。需要注意的是，客車門窗對角線的設計對于客車整體的剛度大小有非常大的影響，如果工作人員已經確定了工況的彎曲角度，那么下身骨架的形變也可以得到確定，其中，前門位置是主要的變化部位，在這個過程中，對角線的位移距離會有所較小，那么客車剛度也會呈現出一定的變化。

3.3大客車車身結構剛度的分析

在工況彎曲的情況下，車身結構中大多數開口出的對角線不會出現非常大的變化，但是右側窗口處的對角線的整體長度會有較大的變化。從車身整體的結構來看，車窗結構的開口越小，上下梁發揮的作用就會越明顯，這時大客車車身結構的剛度就會得到有效地加強。

4小結

計算大客車車身有限元模型時涉及的工作有簡化有限元模型以及模擬和計算剛性梁和柔性梁，建立大客車車身有限元模型時需要建立車身骨架模型、處理荷載以及選取工況。在研究大客車車身結構的剛度和強度時，工作人員要確保相關數據的準確性以及模型建立的科學性，這樣才能確保研究結果的真實性和適用性。

參考文獻

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（作者單位：南京恒天領銳汽車有限公司）