基于ABAQUS的某商用重載輕卡駕駛室力學(xué)性能仿真研究

龔小輝，賀小明，孫麗娟，黃志翔

（1.江西五十鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330010；2.江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，江西 南昌 330013）

1 引言

隨著國家雙循環(huán)經(jīng)濟(jì)政策的良好驅(qū)動，商用輕卡和重卡車型銷量節(jié)節(jié)攀升，由于其良好的裝載性能及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠性，已成為城鄉(xiāng)間物流配送的最佳選擇[1-2]。而且城際運(yùn)輸對于裝載貨物重量的需求也日益增多，因此開發(fā)符合市場和卡車司機(jī)用戶需求的重載輕卡具有積極的社會效益，駕駛室自身結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度需保證設(shè)計(jì)DVP要求，其對駕駛?cè)藛T的安全保障有著直接影響[3-5]，所以研究重載輕卡駕駛室力學(xué)性能具有重要價(jià)值。

基于汽車結(jié)構(gòu)力學(xué)和數(shù)值分析理論，采用 ABAQUS軟件，對某重載輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)分析，得到駕駛室本身的前四階模態(tài)，較好地避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率，彎曲剛度分析結(jié)果滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)，最后進(jìn)行了駕駛室強(qiáng)度分析，在輪胎上抬等工況下，駕駛室鈑金，最大塑性應(yīng)變均小于目標(biāo)值。

2 重載駕駛室CAE模態(tài)分析

2.1 重載駕駛室有限元模型

本文對重載輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了建模，網(wǎng)格大小4mm，白車身鈑金材料為 DC01，泊松比為0.3，玻璃 Glass材料彈性模量為 71000MPa，泊松比為 0.25，駕駛室前風(fēng)窗玻璃和車身鈑金采用玻璃膠建立關(guān)聯(lián)，點(diǎn)焊選擇Spot單元，重載駕駛室系統(tǒng)重量280kg，如圖1。

圖1 重載單排輕卡駕駛室有限元模型

2.2 重載單排輕卡駕駛室CAE模態(tài)分析

本文對該駕駛室進(jìn)行了模態(tài)分析，仿真分析截取頻率段為0-50Hz，得到圖2的重載輕卡駕駛室的前序四階頻率振型，首階模態(tài)頻率為26.7Hz，是駕駛室一階整體彎曲模態(tài)振型，次階模態(tài)頻率為34.0Hz，為駕駛室呼吸振型，三階模態(tài)頻率值為 34.4Hz，為駕駛室整體扭轉(zhuǎn)振型，四階模態(tài)頻率值為42.4Hz，為駕駛室頂棚上下跳躍振型，該駕駛室前四階模態(tài)都避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率25.6Hz，達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖2 某重載單排輕卡駕駛室自由模態(tài)分析結(jié)果

3 重載駕駛室CAE強(qiáng)度分析

本文對該重載單排輕卡駕駛室進(jìn)行了強(qiáng)度分析，邊界沖擊為：車身連接硬點(diǎn)處的載荷力，分析工況：左前車輪上抬工況，駕駛室扭轉(zhuǎn)工況，整車轉(zhuǎn)彎工況，模型如圖3。

圖3 駕駛室強(qiáng)度模型

按照如上述及的強(qiáng)度三工況，對某新款開發(fā)的駕駛室進(jìn)行強(qiáng)度分析，得到如圖4的仿真結(jié)果，在Case1車輪上抬工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.02%，在Case2對扭工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.02%，在Case3轉(zhuǎn)彎工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.07%，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求（最大塑性應(yīng)變PEEQ＜0.2%）。

圖4 某重載單排輕卡駕駛室強(qiáng)度分析應(yīng)變云圖

文章對該重載駕駛室，進(jìn)行了開口處的塑性變形分析，選擇如圖5的監(jiān)測點(diǎn)，數(shù)理統(tǒng)計(jì)在上述工況下的監(jiān)測點(diǎn)變形位移量，得到表1結(jié)果，可以判斷，該重載駕駛室所有監(jiān)測點(diǎn)變形量，都小于目標(biāo)值。

圖5 某駕駛室開口變形位置測點(diǎn)示意圖

表1 某重載單排輕卡駕駛室開口變形量結(jié)果匯總表

4 駕駛室剛度分析

本文對該駕駛室進(jìn)行了彎曲剛度分析，載荷條件如圖6，沖擊載荷施加點(diǎn)，位于駕駛室地板左右兩側(cè)，加載范圍為邊長為50mm的正方形，在駕駛室與底盤車架連接處全約束，載荷大小F=2500N。

圖6 某重載駕駛室彎曲剛度分析加載邊界示意圖

本文按照上述工況進(jìn)行分析加載后，得到如圖7的駕駛室彎曲剛度結(jié)果，駕駛室左右側(cè)最大位移呈現(xiàn)基本對稱規(guī)律，此駕駛室剛度值 K=4555N/mm，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)（K＞4300N/mm）。

圖7 某重載單排輕卡駕駛室彎曲剛度分析結(jié)果

5 結(jié)論

本文基于汽車結(jié)構(gòu)力學(xué)和數(shù)值分析理論，采用ABAQUS軟件，對某重載輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)和結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度及彎曲剛度分析，結(jié)果表明：

（1）駕駛室前四階模態(tài)振型及頻率值均有效避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率；

（2）駕駛室在車輪上抬工況，對扭工況，轉(zhuǎn)彎工況下，其最大塑性應(yīng)變值遠(yuǎn)小于0.2%，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)；

（3）駕駛室彎曲剛度K=4555N/mm，目標(biāo)值K＞4300N/mm，符合設(shè)計(jì)目標(biāo)要求；

（4）綜合評估重載單排輕卡駕駛室系統(tǒng)力學(xué)性能符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。