一種廂式車板式隔離欄安裝點的結構優化

韋寧 趙紅飛

【摘 要】隨著廂式運輸車規范性新要求的出臺，傳統的格柵式隔離欄結構要求更改為板式隔離欄。文章利用有限元分析方法，對板式隔離欄在側圍上的安裝點進行強度分析，分析結果顯示局部存在高應力現象。通過對高應力產生的原因進行分析，并對側圍固定點結構進行優化改進，有效解決了隔離欄強度問題，使其滿足板式隔離欄的安裝要求。

【關鍵詞】廂式運輸車;板式隔離欄;側圍固定點

【中圖分類號】U469.2;U465.22【文獻標識碼】A【文章編號】1674-0688（2020）11-0024-03

0 引言

我國物流運輸業以汽車公路運輸為主要方式，其中廂式運輸車已經成為汽車公路運輸的主要交通工具。隨著城市化進程的加快，電子商務的發展和線上購物的興起，小到如牙刷牙膏等日常生活用品，大到如冰箱、彩電等家用電器，足不出戶，送貨上門儼然成為一種快速、便捷的購物方式，廣受人們的青睞，廂式運輸車市場需求越來越大，具有非常廣闊的前景，為廂式運輸車的生產廠家帶來無限商機。

但是隨著汽車保有量的激增，引發的道路交通事故嚴重危害人們生命安全，道路交通安全形勢十分嚴峻。為維護道路交通，保障人民生命財產安全，避免過載現象，相關部門對隔離欄裝置提出了法規要求：封閉式貨車在最后排座位的后方應安裝具有足夠強度的板式隔離裝置。

傳統的車身結構，安裝上法規要求的板式隔離欄結構，在側圍固定點存在高應力現象，在汽車行駛過程中，固定點出現鈑金開裂，安裝不牢固風險，對乘客人身安全帶來極大威脅，以及發生交通事故的安全風險。因此，急需優化車身隔離欄固定點結構，以滿足強度要求。

1 車身結構現狀

本文以某5座廂式運輸車為研究對象，該廂式車隔離欄結構為不銹鋼格柵式結構，左右兩側在后側圍內板上各設計有1個固定點，地板上布置2個安裝點。其中，側圍上固定點的車身結構如下：通過在材質為（BUFD-FB-D/t=0.7）的后側圍內板開設2個安裝孔，并安裝鉚接螺母，通過鉚接方式與隔離欄支架連接固定（如圖1所示）。

2 新法規要求的車身結構有限元分析

2.1 法規要求的車身結構分析

為滿足法規的要求，將隔離欄改為板式結構（如圖2所示）。本文借助有限元分析方法，對目前結構的左側圍總成、右側圍總成、后地板總成數據建立有限元模型，并進行強度校核。

2.1.1 有限元分析

有限元分析方法是一種將一個較大的完整的連續體結構離散化為有限個較小的單元的集合體，從而可以對其方便地進行分析的數值計算方法。經過幾十年的發展，有限元方法已經發展成為一種最有效的解決力學和計算工程學領域問題的方法[1]，其分析的基本步驟如圖3所示[2]。

常用的有限元分析軟件有CATIA、HyperWorks等，本文運用HyperWorks軟件中HyperMesh模塊首先對白車身、隔離欄結構進行一些簡單處理，形成有限元模型，簡化過程中注意確保模型與分析實體盡可能一致[3]。其次進行網格劃分，將模型劃分成有限個小的單元，各單元體依靠節點互相連接，因網格劃分大小對仿真強度結果有顯著影響，且對劃分網格工作量及計算時間也有影響，故后排隔離欄在側圍、地板上的固定點區域的鈑金劃分的單元體尺寸為5 mm×5 mm，其余位置采用8 mm×8 mm的規格。再次對建立的有限元模型約束、加載，利用NASTRAN求解器進行計算，產生結果文件。最后用HyperWorks的有限元后處理工具Hyperview軟件打開結果文件，查看有效變形云圖，讀取零件各部位的應力值。

2.1.2 分析結果

通過仿真結果可以看出，兩側側圍處隔離欄的固定點，后側圍內板位置應力最大，為315 MPa，超出其板材的155 MPa的屈服強度，有極大的開裂風險（如圖4所示）。

通過分析得出后側圍內板存在高應力的原因：安裝點為單層板結構，且料厚為0.7，隔離欄結構由格柵式改為板式結構后，隔離欄結構本身強度增大，最薄弱位置轉移至側圍處的鈑金，最先開裂失效的是側圍處的鈑金。表1為兩種隔離欄結構車身零件受力情況。

3 車身結構優化

為提高安裝點局部強度，結合實際車型更改周期、成本等因素考慮，采取如下優化方案。

（1）后側圍內板背面增加隔離欄加強板，材質為BLC-FB-D/t=1.5。

（2）緊固方式由鉚螺母改為點焊螺母，利用座焊機先將螺母凸焊在新增的加強板上，然后加強板再通過4個焊點與后側圍內板連接（如圖5所示）。

針對優化后的方案，重新建立有限元模型數據，對其重新進行強度分析，后側圍內板上的最高應力值由315 MPa降到了91 MPa，增加的加強板最高應力值為172 MPa，未超出其材質的屈服強度178 MPa，安裝支架最高應力值由原來的358降低至219 MPa（如圖6所示）。

從表2兩種隔離欄結構應力值對比可以看出，通過以上優化方案，能夠提高隔離欄安裝點局部強度，能夠極大地降低側圍處鈑金的應力值，避免開裂的風險。

4 結語

本文利用有限元分析方法對格柵式、板式兩種隔離欄在側圍上的固定點進行強度對比分析，通過原因分析并進行車身結構優化，仿真分析結果如下。

（1）原車型上使用的料厚0.7的單層板結構無法滿足安裝點強度要求，在后側圍內板背面增加材質為BLC-FB-D/t=1.5的加強板，并優化了螺母的安裝方式后，極大地降低該處的最大應力值，起到局部加強結構的作用。

（2）優化方案能夠滿足安裝板式隔離欄新法規的要求，同時對后續同類型車型結構設計提供思路、參考。

（3）采用有限元分析進行強度校核，根據仿真結果優化設計方案，對降低更改成本、縮短試驗及開發周期具有重大意義。

參 考 文 獻

[1]王勖成，邵敏.有限單元法基本原理和數值方法[M].北京：清華大學出版社，1997.

[2]譚繼錦.汽車有限元法[M].北京：人民交通出版社，2018.

[3]王青泉.基于Hypermesh的大客車車身骨架有限元分析[D].西安：長安大學，2013.