沈宏 信軻

摘 要：文章以某公交車(chē)車(chē)架為研究對(duì)象，在solidworks中建立三維實(shí)體模型，然后導(dǎo)入Hypymesh中建立有限元模型，進(jìn)行車(chē)身靜強(qiáng)度分析。分析結(jié)果顯示，該公交車(chē)車(chē)架的靜強(qiáng)度后右輪扭轉(zhuǎn)工況應(yīng)力最大，非常接近車(chē)架材料的屈服極限，安全系數(shù)偏低，可考慮對(duì)此處結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。可見(jiàn)對(duì)車(chē)身預(yù)先進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，可以有效避免各工況下由于車(chē)身強(qiáng)度不足而導(dǎo)致的車(chē)輛受損。

關(guān)鍵詞：公交車(chē)車(chē)架;Hypymesh;有限元;靜強(qiáng)度分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G712 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）19-85-03

The Static Strength Analysis of Bus Load-bearing Body Based on Hypymesh

Shen Hong， Xin Ke

（ School of Automotive Engineering， Jiangsu Vocational College of Information Technology， Jiangsu Wuxi 214153 ）

Abstract： Taking a bus frame as the research object， build 3D solid models on solidworks， then import Hypymesh to establish finite element model and carry out static strength analysis. Results show that the stress of the right wheel torsion condition after the static strength of the bus frame is the largest， which is very close to the yield limit of the frame material， and the safety factor is low. Therefore， it can be considered to improve the structure at this point. the static strength analysis in advance can effectively avoid the vehicle damage caused by the insufficient strength of the vehicle body under various working conditions.

Keywords： Bus frame; Hypymesh; Finite element; Static strength analysis

CLC NO.： G712 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-85-03

引言

強(qiáng)度即為構(gòu)件可以承受規(guī)定范圍的載荷的作用而不會(huì)發(fā)生破壞的能力。任何機(jī)械機(jī)構(gòu)，工作時(shí)都需抵抗載荷的破壞，實(shí)現(xiàn)正常的工作運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)靜強(qiáng)度分析，可以有效針對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與改進(jìn)。

公交車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在路面行駛時(shí)，工況也非常復(fù)雜，會(huì)受到各種載荷對(duì)車(chē)架的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞。所以，汽車(chē)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)就必須考慮到車(chē)架在受到各種工況的載荷作用也不會(huì)發(fā)生失效變形，保證能在載荷允許承受范圍內(nèi)不產(chǎn)生疲勞破壞。因此，車(chē)架的強(qiáng)度對(duì)整車(chē)骨架的影響非常重要。本文將對(duì)某公交車(chē)車(chē)架進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，計(jì)算車(chē)架在不同工況下的應(yīng)力施加情況，為車(chē)架設(shè)計(jì)的合理性提供依據(jù)。

1 有限元模型建立

1.1 幾何模型與材料參數(shù)

如圖1所示，為公交車(chē)車(chē)架模型，整車(chē)尺寸為：長(zhǎng)x寬x高=11350x 2240x 2800/2950（空調(diào)）mm，采用全承載式車(chē)身結(jié)構(gòu)，以方管為主。其中車(chē)身采用55x55x3鋼管，底邊大梁為75x55x6鋼管，其材料詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

全車(chē)質(zhì)量：全車(chē)管梁為全鋼結(jié)構(gòu)，鋼材密度為7850kg/m3;車(chē)窗玻璃：前擋厚度6 x10-3m，側(cè)面玻璃厚度5x10-3m，總面積24.25m2，密度2500kg/m3，總質(zhì)量為318kg;車(chē)底防護(hù)層總面積24.64m2，密度7.4 kg/m2，總質(zhì)量為182kg;乘客座椅每個(gè)7kg，32個(gè)，總質(zhì)量為224kg;全車(chē)整備質(zhì)量為9395kg，如表2所示。

1.2 網(wǎng)格劃分及前處理

由于車(chē)身長(zhǎng)度與厚度比例差距很大，所以采用梁?jiǎn)卧⒂邢拊Ｐ洼^為合理。本文劃分網(wǎng)絡(luò)時(shí)采用25mm的單元尺寸，共創(chuàng)建24886個(gè)單元，以正變形網(wǎng)格為主。

2 車(chē)架靜強(qiáng)度分析

2.1 載荷施加

電動(dòng)公交車(chē)車(chē)架的具體載荷施加方式：

（1）通過(guò)在Load Collector建立GRAV屬性的卡片，然后定義方向沿Y軸垂直向下的重力加速度作為車(chē)架自重的模擬，加速度值為9.8m/s2。

（2）車(chē)內(nèi)的前后、側(cè)圍的車(chē)窗、座椅、地板及乘客的重量都可以作為看做沿Y軸垂直方向向下均布載荷作用在車(chē)架縱梁上。

（3）電機(jī)、變速箱、空調(diào)、控制器等以集中載荷的方式根據(jù)其質(zhì)心位置垂直向下作用，通過(guò)建立RBE3單元施加到各自的安裝支座上。如圖2所示。

2.2 車(chē)架彎曲工況分析

為盡可能得到汽車(chē)在此工況行駛中的準(zhǔn)確的彎曲工況分析結(jié)果，需要對(duì)車(chē)架設(shè)置邊界條件，也即添加約束。約束部位應(yīng)選取鋼板彈簧上，對(duì)于公交車(chē)來(lái)說(shuō)，可以忽略鋼板彈簧，即施加在縱梁上。

在Hypermesh中建立loadstep分析步創(chuàng)建載荷和邊界條件，最終可在Rodiss求解器中得到應(yīng)力云圖。如圖3所示，為彎曲工況應(yīng)力云圖。

2.3 車(chē)架扭轉(zhuǎn)工況分析

扭轉(zhuǎn)工況對(duì)車(chē)架性能的考驗(yàn)最為明顯，對(duì)車(chē)架損害巨大。本文采用懸空某一車(chē)輪的方法。對(duì)此需進(jìn)行兩種工況的分析，分別為對(duì)左前輪懸空和對(duì)右后輪懸空。

最終在Rodiss求解器中得到左前輪，右后輪懸空時(shí)的應(yīng)力云圖。

2.4 車(chē)架制動(dòng)工況分析

公交車(chē)在城市道路行駛時(shí)，速度都不大，并且制動(dòng)速度逐漸減小，此工況下的動(dòng)載荷對(duì)車(chē)身影響非常小，本文取1.0的動(dòng)載荷系數(shù)，0.8g的制動(dòng)減速度。通過(guò)Radioss求解得到應(yīng)力云圖如圖5所示。

2.5 車(chē)架轉(zhuǎn)彎工況分析

轉(zhuǎn)彎工況是指公交車(chē)橫向加速度轉(zhuǎn)彎時(shí)，車(chē)身骨架受力和變形情況。一般為縱向減速度和橫向加速度所產(chǎn)生的力，為了計(jì)算城市道路的公交車(chē)此工況下的應(yīng)力，取縱向減速度和橫向加速度均為0.4g。制動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷系數(shù)0.4g。應(yīng)力云圖如圖6所示。

2.6 結(jié)果分析

依據(jù)上述分析結(jié)果，對(duì)比材料的屈服極限，計(jì)算出了材料的安全系數(shù)，如表3所示。

由上表可知，右后輪扭轉(zhuǎn)工況的最大應(yīng)力為329Mpa，非常接近材料的屈服極限，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，可以考慮此處結(jié)

構(gòu)適當(dāng)優(yōu)化。

3 總結(jié)與展望

本文基于Hypymesh對(duì)公交車(chē)車(chē)架進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析，得出該車(chē)車(chē)架在彎曲工況、左前輪扭轉(zhuǎn)工況、右后輪扭轉(zhuǎn)工況、制動(dòng)工況、轉(zhuǎn)彎工況這五種工況下的應(yīng)力云圖，有效地反應(yīng)出了車(chē)架的強(qiáng)度狀態(tài)，為車(chē)架的結(jié)構(gòu)改進(jìn)與優(yōu)化提供了數(shù)據(jù)，消除安全隱患。

最后將得到的應(yīng)力云圖數(shù)據(jù)與車(chē)身材料的屈服強(qiáng)度對(duì)比，得到右后輪扭轉(zhuǎn)工況安全系數(shù)偏低，需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳凱佳，蘇小平，王強(qiáng).工程機(jī)械車(chē)架結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2020（07）：51-55.

[2] 梁洪明，王靖岳，徐磊.客車(chē)底盤(pán)車(chē)架有限元分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2020（03）：48-50.

[3] 毛敬競(jìng)，鄧耀，龔運(yùn)息.基于HyperWorks的除雪車(chē)車(chē)架有限元分析及優(yōu)化[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2020，33（02）：26-28.

[4] 楊永鑫，馮川.重型卡車(chē)車(chē)架有限元分析及輕量化設(shè)計(jì)分析[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2020，33（01）：53-57.

[5] 張?chǎng)?一款純電動(dòng)客車(chē)車(chē)身骨架有限元分析與輕量化設(shè)計(jì)[D].吉林大學(xué)，2020.