輕卡貨箱靜動態性能分析

游道亮

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輕卡貨箱靜動態性能分析

游道亮

（江鈴汽車股份有限公司產品開發技術中心，江西 南昌 330052）

為了獲取某輕卡貨箱的靜動態性能，采用有限元方法和Hypermesh軟件對貨箱的四種典型工況進行強度分析，強度性能分析結果表明其最大應力低于其材料許用應力，能夠滿足強度設計要求。自由模態分析結果表明其一階扭轉頻率和一階彎曲頻率分別為8.8Hz和33.6Hz，有效地避開了發動機怠速頻率，滿足模態設計要求。剛度分析結果表明其扭轉剛度值為2.48E+4N*m/rad，大于目標要求值，能夠剛度設計要求，因此其靜動態性能均滿足要求。

貨箱；強度；模態；剛度

引言

貨廂是輕卡的主要組成部分，其主要用來裝載貨物，其主要由貨廂底片、貨廂橫梁、貨廂邊板等組成。輕卡貨廂是比較關鍵的高負荷部件，其性能的優劣直接影響整車的質量，其設計時應當同時考慮其強度性能、模態性能和剛度性能，因此采用有限元方法對某新型輕卡貨箱進行典型工況的強度分析、自由模態分析和扭轉剛度分析，獲取其靜動態性能，驗證其是否滿足設計要求。

1 貨箱強度性能分析

1.1 建立貨箱有限元模型

將該輕卡貨箱及其車架的3D模型導入有限元前處理軟件Hypermesh[1,2]中，并且對其鈑金件進行抽中面處理，該貨箱強度分析模型如圖1所示，其中焊縫采用SEAM單元模擬，其中SEAM單元個數為620個，螺栓也采用CBEAM與RBE2模擬[3,4]，其中CBEAM單元共435個；車身前懸置焊縫采用Shell單元模擬，襯套采用Bush單元模擬，中板簧采用CBAR單元模擬，板簧前后支座采用四面體實體單元，枕木采用六面體單元。整體模型的節點數683412，單元數859233，總重量552Kg，質點采用Mass單元模擬。貨物質量為2.24E+3kg，板簧采用CBAR單元模擬。貨箱網格基本尺寸10mm*10mm，車架縱梁網格基本尺寸5mm*5mm，連接支架網格基本尺寸為10mm*10mm。貨箱橫梁和底皮的材料為Q235，其屈服強度為235MPa。

1.2 邊界條件

整車典型工況分為垂向跳動（工況1）、制動（工況2）、轉彎（工況3）和轉彎制動（工況4），因此分別對該四種工況進行強度分析。工況1、2、3和4的約束條件為：約束左縱梁位于前板簧中心點附近節點123自由度，約束右縱梁位于前板簧中心附近節點自由度13，約束左縱梁位于后板簧中心點附近節點自由度23；約束左縱梁位于后板簧中心點自由度3。工況1在Z方向加載-2.5g；工況2在X方向加載1.0g，在Z方向加載-1.0g；工況3在Y方向加載0.6g，在Z方向-1.0g；工況3在X方向加載0.7g，Y方向加載0.4g，在Z方向加載-1.0g。

1.3 強度性能分析結果

圖2 垂向跳動工況底皮應力分布

圖3 制動跳動工況橫梁應力分布

如圖2所示為貨箱在垂向跳動工況時貨箱底皮的應力分布云圖，由圖2可知，其最大應力為199.6MPa，小于其材料屈服強度。如圖3所示為制動工況時貨箱橫梁的應力分布云圖，由圖3可知，貨箱橫梁的最大應力為123.0MPa，位于第七橫梁左側支架連接處。如圖4所示為轉彎工況時貨箱橫梁的應力分布云圖，由圖4可知，貨箱橫梁的最大應力為201.7MPa，同樣位于第七橫梁左側支架連接處。如圖5所示為貨箱在轉彎制動工況時貨箱橫梁的應力分布云圖，由圖5可知，貨箱橫梁的最大應力為172.1MPa，也位于第七橫梁左側支架連接處。由此可知，該貨箱的橫梁和底皮的最大應力均小于其材料屈服應力，均可以滿足強度性能要求。

圖4 轉彎工況橫梁應力分布

圖5 轉彎制動工況橫梁應力分布

2 貨箱模態性能分析

結構的固有模態頻率及其模態振型是分析結構振動特性的基礎，通過模態分析可以確定結構的振動特性。由于低階頻率對振動響應的作用要比高階頻率大，因此僅求解該貨箱的前兩階模態頻率。基于Nastran軟件[5,6]對其貨箱進行自由模態分析，其前兩階模態頻率分別為8.81Hz和33.6Hz，圖6為貨箱的一階扭轉陣型，避開了發動機怠速頻率29.8Hz，能夠有效地降低發生共振的風險，滿足模態性能要求。

圖6 一階扭轉陣型

3 貨箱剛度性能分析

3.1 約束條件

約束后板簧左右前后兩吊耳連接中心23自由度，約束左右兩板簧連接中心的123自由度，取橫梁左右兩支架外端點分別向外移動120mm，采用RBE2單元分別連接移動點和橫梁上點，在兩移動點上沿Z軸向上和向下分別施加1000N力。

3.2 剛度分析結果

如圖7所示是該貨箱的扭轉剛度變形云圖，由圖7可知，其最大變形為2.602mm，因此垂向剛度為123.5N/mm。扭轉剛度的計算方法為單位力矩作用下的轉角的倒數，因此該貨箱的扭轉剛度為2.48E+4N*m/rad，超過目標值1.0E+5N*m/ rad，滿足其扭轉剛度性能要求。

圖7 側向彎曲剛度變形云圖

4 結論

采用有限元技術對某輕卡貨箱的四種典型工況（垂向跳動、制動、轉彎和轉彎制動）進行強度分析，其最大應力分別為199.6MPa、123.0MPa、201.7MPa和172.1MPa，均小于其材料屈服強度，滿足強度性能要求。貨箱的前兩階模態頻率分別8.8Hz和33.6Hz，避開了發動機怠速頻率29.8Hz，滿足模態性能要求。貨箱的扭轉彎曲剛度值為2.48E+4N*m/ rad，滿足剛度性能要求值，因此該輕卡貨箱的靜動態性能均能夠滿足設計要求。

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Static and Dynamic Performance Analysis of a Light Truck Packing Box

You Daoliang

（Product Development & Technology Center, Jiangling Motors Corporation Limited, Jiangxi Nanchang 330052）

Aiming at obtaining static and dynamic performance of a light truck packing box, the four typical conditions of the packing box was strength analysis by adopting finite element method and Hypermesh software, the strength analysis results showed that the maximum stress was less than the allowable stress of the material, it meet the strength design requirements. The modal analysis results showed that the first order torsional frequency and first order bending frequency were 8.8Hz and 33.6Hz, it could avoid engine idle frequency, so it meet the modal requirements. The stiffness analysis results showed that the torsional stiffness value was 2.48E+4N*m/rad, it could meet the stiffness requirements, so the packing box could meet the static and dynamic performance requirements.

packing box; strength; modal; stiffness

A

1671-7988(2018)20-100-03

TH242

A

1671-7988(2018)20-100-03

TH242

游道亮，（1978.6-），男，江西瑞昌人，學士，中級工程師，就職于江鈴汽車股份有限公司，主要研究方向為汽車設計。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.20.037