黄海牌客车车身强度有限元分析冲击试验机
黄海牌客车车身强度有限元分析
黄海牌客车车身强度有限元分析 2011年12月04日 来源: 通过采用ANSYS软件对黄海牌某型客车的分析,说明有限元分析技术在客车结构设计和改进设计的实用性,随着有限元技术中在客车领域应用的不断深入,必将在以后的新产品开发和老产品改进设计中发挥更加广泛的作用。黄海牌某型客车是在原有设计结构基础上,应用户要求而开发的,底盘由原三级踏步改为二级踏步,车身内饰高增加了130mm改制而成的新型城市客车,其设计周期较短,存在一些设计不足。该车批量提交用户使用后陆续发现了一些问题,如车内顶棚颤动、车身骨架断裂、蒙皮撕裂、通道灯跌落等,为找出具体原因,为维修和后续车辆的再生产的改进设计提供理论依据,我们采用美国ANSYS公司软件对其整车骨架结构开展了模态和强度分析工作。整车结构有限元计算模型 根据客车骨架是由矩形钢管焊接而成的空间杆系结构的结构特点,大多数经验表明对客车骨架来讲,由梁单元构成的有限元计算模型,精度可以满足计算要求,同时解题规模也可以得到了有效控制,因此我们采用空间梁单元来模拟该车骨架结构。
客车的使用情况非常复杂,车身承受的载荷很多,但理论分析、室内实验和使用情况表明,就其载荷性质而言,车身所受到的主要载荷为弯曲、扭转、侧向载荷和纵向载荷等几种。弯曲载荷主要产生于乘员、货物、自重、设备重量,该车的设备和乘员都按实际位置加载到等效的关键点上。扭转载荷产生于路面不平度对车身造成的非对称支承。作为对比计算,可用静态最大可能的扭矩(通常模拟一个车轮悬空的极限状态)。侧向载荷和纵向载荷主要来自转弯、制动(启动)等惯性力。由于时间要求较急,考虑到该车为后置客车,后部载荷相对较大,本次计算分析主要讨论比较危险的满载情况下(即有设备自重,还有座席和站立乘员,共计100人)的弯曲、右后轮悬空、左后轮悬空三种载荷工况,同时对整车也做了模态分析,以比较全面考察该车的振动和强度问题。强度计算通过计算表明该车应力值并不是很大,各工况计算结果如下相应应力结果云图。弯曲工况
悬空工况(右后轮)
悬空工况(左后轮)
通过强度计算表明该车应力值并不是很大,三种工况的结构应力较大部位主要集中在车门四角、前后悬架后吊耳与纵梁连接处、后轮孔处,与用户反映断裂部位吻合。在弯曲和扭转工况下,后轮孔处、乘客门四角处的应力值都普遍较高,在车辆运行中交变载荷作用下容易引起疲劳断裂,是门立柱断裂和后轮孔处蒙皮撕裂的主要原因。模态分析模态分析结果该车整体固有频率值不是很高,特别是低阶频率,说明整车动刚度较小,这主要是由于三级踏步改为两级踏步结构变化造成的;同时顶盖的局部模态出现又特别多,且频率值较集中,主要是顶盖两侧槽型纵梁的局部振型,振幅也较大,如果与路面等外部激振频率耦合极易导致共振,这是引起顶棚颤动,通道灯螺栓松动、通道灯跌落的主要原因;从振型图中可以看出后部两纵梁振幅较大,对该车的解剖后我们发现此处顶盖弯梁有一根已断裂,静力学计算此处应力并不大,应该是由于纵梁的振动导致的疲劳破坏。
改进方案根据该车的强度计算分析和模态分析结果,参照该车的解剖和现场维修人员反映情况,我们提出如下改进方案:a 在顶盖局部增加了两根弯梁,同时将槽型纵梁与附近矩型管纵梁间增加连接,以改善此纵梁的刚性,使顶盖局部振动频率值提高,增大频率间隔。主要是为解决顶盖局部振型较多,引起顶盖颤动而提出的。b 在后轮孔处增加轮孔曲梁,在后轮孔上方及后部斜窗下部增加斜撑,增加局部刚性。c 在门立柱处与侧窗下横梁连接处增加内圆角,以减小此处的应力集中。d 轮孔处蒙皮改为翻边结构,减少由于此处蒙皮剪型过程造成的缺陷导致蒙皮撕裂现象的出现。通过以上改进措施,整车最大应力有所下降,特别是容易断裂的侧围骨架,应力值下降较大,用户反映强烈的顶棚颤动问题也得到了极大缓解。(end)
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