某雙排輕卡駕駛室結構力學性能仿真研究

郭浩，黃勤，孫麗娟，劉剛

某雙排輕卡駕駛室結構力學性能仿真研究

郭浩1，黃勤1，孫麗娟2，劉剛3

（1.江西五十鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330010；2.江西交通職業技術學院 汽車工程系，江西 南昌 330013；3.吉安職業技術學院，江西 吉安 343000）

文章基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統進行了CAE模態，靜強度和扭轉剛度分析，結果顯示，此雙排輕卡駕駛室前四階模態有效避開了發動機怠速頻率，而扭轉剛度滿足設計目標，同時，雙排駕駛室四工況下最大塑性應變達成設計目標，綜合評估該雙排輕卡駕駛室力學性能符合設計要求。

雙排輕卡；駕駛室；力學性能

1 引言

隨著國家電子商業和城市物流行業的飛速發展，商用車輕卡銷量得到迅猛增長，由于其經濟性和便利性，已經成為運輸快遞件等商品的必然選擇[1-2]。與此同時，城市物流和城際運輸對于可乘坐多人的輕卡的需求也日益增大，因此開發符合市場需求的雙排輕卡具有良好的社會和經濟效益，目前輕卡行業駕駛室主要形式為平頭駕駛室，駕駛室本體結構剛強度需保證設計目標要求，其對乘員的安全保障有著直接決定性影響[3-5]，因此，研究雙排輕卡駕駛室系統力學性能具有重要的經濟和社會價值。

本文基于有限元法，采用Hyperworks和ABAQUS軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統進行了CAE模態分析，得到其前四階模態，均有效避開了發動機怠速頻率，同時進行了該駕駛室的扭轉剛度分析，得到其扭轉剛度滿足設計目標，最后，進行了雙排駕駛室CAE強度分析，在輪胎對扭工況，上抬工況，轉彎工況下，駕駛室最大塑性應變均小于目標值，綜合評估該標載雙排輕卡駕駛室系統力學性能符合設計目標。

2 雙排駕駛室CAE模態分析

2.1 雙排駕駛室有限元模型

本文采用Hypermesh軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統進行了建模，網格大小6mm，白車身鈑金材料為常見的DC系列，彈性模量E為210000MPa，玻璃材料彈性模量為71000MPa，泊松比為0.25，前風窗玻璃與鈑金采用玻璃膠固聯，玻璃膠采用Seam單元模擬，點焊單元選擇Spot單元，雙排駕駛室系統重量270kg，有限元模型如圖1所示。

圖1 某雙排輕卡駕駛室有限元模型

2.2 雙排輕卡駕駛室CAE模態分析

本文對某商用輕卡駕駛室進行了CAE模態分析，模態計算截取頻率段為0-55Hz，得到圖2所示的該駕駛室前四階頻率和振型，其中一階模態頻率為24.1Hz，為駕駛室一階彎曲模態振型，二階模態頻率為25.1Hz，為駕駛室扭轉模態振型，三階模態頻率值為30.8Hz，為駕駛室呼吸模態振型，四階模態頻率值為31.5Hz，為駕駛室頂棚局部模態振型，前四階模態都避開了發動機怠速頻率25.6Hz，達成設計目標。

圖2 某雙排輕卡駕駛室自由模態分析結果

3 雙排駕駛室CAE強度分析

本文對某商用雙排輕卡駕駛室進行了強度分析，邊界載荷為車身硬點處載荷，采用慣性釋放法，分析工況為車輪上抬工況，扭轉工況，轉彎工況，強度模型如圖3所示。

圖3 某雙排輕卡駕駛室強度模型

本文按照上述強度三個工況，對駕駛室進行強度分析，得到如圖4所示的應變計算結果，在Case1車輪上抬工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.16%，在Case2對扭工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.36%，在Case3轉彎工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.20%，均滿足設計目標要求（最大塑性應變PEEQ<0.3%）。

圖4 某雙排輕卡駕駛室強度分析應變云圖

本文同時對該駕駛室進行了開口變形分析，選擇如圖5所示的變形測點位置，統計在上述轉彎工況、上抬工況和對扭工況下的變形量，得到表1的分析結果，從表中可以推出此雙排駕駛室各測點變形量都小于目標設計值，達成設計目標。

圖5 某雙排輕卡駕駛室開口變形位置測點示意圖

4 駕駛室CAE剛度分析

本文對某商用雙排輕卡駕駛室進行了扭轉剛度分析，加載邊界條件如圖6所示，約束駕駛室前連接點和后安裝點右側全部自由度，在后安裝點左右側分別施加載荷大小F= 1500N，測量加載點Z向位移。

表1 某雙排輕卡駕駛室開口變形量結果匯總表

本文按照上述邊界條件進行分析加載后，得到如圖7所示的雙排駕駛室扭轉剛度分析結果，其中左側測量點Z向位移為2.41mm，右側測量點Z向位移為2.42mm，經過計算得到此雙排輕卡駕駛室扭轉剛度值T=7058Nm/deg，滿足設計目標（T>6500Nm/deg）。

5 結論

本文基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對某雙排輕卡駕駛室系統進行了CAE模態，靜強度和扭轉剛度分析，結果顯示：

（1）雙排駕駛室前四階模態振型分別為一階彎曲模態，二階扭轉模態，三階呼吸模態，四階頂棚局部模態，其頻率值均有效避開了發動機怠速頻率；

（2）雙排駕駛室在車輪上抬工況，對扭工況，轉彎工況下，其最大塑性應變值遠小于0.3%，滿足設計目標；

（3）雙排輕卡駕駛室扭轉剛度值T=7058Nm/deg，滿足設計目標（T>6500Nm/deg）；

（4）綜合評估本文研究對象雙排輕卡駕駛室系統力學性能符合設計目標。

[1] 周冬龍.基于虛擬迭代的某輕卡后橋疲勞分析研究[D].山西:中北大學,2019.

[2] 雷飛,李貴濤.高強度鋼在商用車正碰安全性設計中的應用研究 [J].機械強度,2017,39(1):71-78.

[3] 龔紅兵.海南汽車試驗場可靠性試驗強化系數的計算[J].汽車研究與開發,1997,26(1):35-39.

[4] 楊神林.基于Hyperworks的某駕駛室結構強度優化研究[J].汽車實用技術,2020,19(1):32-34.

[5] 黃勤.基于LS-dyna的某輕卡駕駛室正面碰撞安全性能研究[J].南方農機,2020,11(1):25-29.

Simulation study on mechanical properties of a commercial double row light truck cab

Guo Hao1, Huang Qin1, Sun Lijuan2, Liu Gang3

( 1.Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010; 2.Department of Automotive Engineering, Jiangxi V&T College of Communications, Jiangxi Nanchang 330013; 3.An Vocational and Technical College, Jiangxi Nanchang 343000 )

In this paper, base on the finite element method and ABAQUS software, the CAE model, torsion stiffness and strength analysis of a commercial double row light cab system are carried out. The results show that the first four models of the cab effectively avoid the idle frequency of the engine, while the torsion stiffness meet the design objectives. And the maximum plastic strain of the cab under four working conditions achieves the design goal, so the commercial vehicle cab is comprehensively evaluated. The mechanical properties of this cab meet the design requirements.

Double row light truck;Cab;Mechanical properties

A

1671-7988(2020)24-114-03

U467

A

1671-7988(2020)24-114-03

郭浩，就職于江西五十鈴汽車股份有限公司產品開發技術中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.038

CLC NO.: U467