基于以界面力度量的车身承载度的客车结构优化研究

发布时间：2019-11-06 05:24

【摘要】：在传统的评价方法基础上,采用车身结构承载度的另一种度量方法——界面力法,对某半承载式客车的车身承载度进行了分析,并以提高车身承载度为目标,对该客车的结构进行了改进。首先,通过计算结构应变能密度发现车身结构承担载荷较少,没有充分发挥车身材料的性能,且不同环结构承担的载荷不同,整车后部环的承载度大于前部的环。其次,根据应变能分析结果选定底架部分零件(前后纵梁和行李仓构件)作为优化对象,并以它们的截面尺寸和厚度作为优化变量,制定实验方案并进行了优化。对改进后的结构与原结构的性能(强度、弯曲刚度、扭转刚度和低阶模态)进行了对比分析。结果表明,优化的结果比较理想,说明界面力法能准确地计算出车身各个环结构的承担载荷和载荷在车身上的分布情况,为有针对性地进行结构改进提供了优化方向。文中采用的车身承载度指标能有效权衡车身和底架的材料分配,可作为衡量客车结构合理性的一个指标和结构优化目标。
【图文】：

瞪斫峁沟牟辔Я⒅饽肷衔Ш崃毫?接，构成环形结构。其中有些环结构可能断开而并非贯通的。本文中只是借助于“环”结构特征来表达力的传递。底架通常通过外伸横梁向车身传递力，且车身最大变形通常位于两侧围上，因此选取侧围与底架连接的部分作为界面计算各个环的承载度。底架传给车身的力主要是附近的悬架经由底架传递而来，因而评价车身承载度时应采用相临的界面点(底架与车身和与之相邻的悬架与底架界面点)进行计算。设Fmi为车身环i处受到的来自底架的界面力，Fnj为邻近环处的悬架传递给底架的界面力，如图1所示，则环i处的承载度为pi=Fmi/Fnj(1)图1底架与车身连接点和界面力整个车身的承载度定义为各环承载度的加权平均，即p=∑ni=1wipi(2)式中:wi为车身各环承载度的权系数;pi为车身环i的承载度;n为环数。半承载式客车结构主要由底架承担载荷，车身参与承载较少，因此应着重对底架结构进行改进。界面力法尤其适合对半承载式客车结构进行优化。2某客车车身承载度分析以某大型高二级长途客车为研究对象。该车总长12m，宽2.55m，高3.7m，轴距6.3m，空载总质量

2016(Vol．38)No．8张苗莉，等:基于以界面力度量的车身承载度的客车结构优化研究·931·12t，最高车速120km/h，，座位数49个。车身骨架采用冷弯型钢组焊，构成半承载式车身，底架为三段式大梁结构。行李仓位于下部。车身左右侧围与上围共形成9个环状结构，每个环在侧围有左右2处与底架横梁焊接，即图2中的miL或miＲ点(i=1，2，…，9)，下标L或Ｒ表示左或右侧(下同);相应的界面力为FmiL或FmiＲ。悬架与底架的连接点为njL或njＲ点(j=1，2，…，4)，相应的界面力为FnjL或FnjＲ。底架受到悬架支撑点传来的力，然后将这些力通过9个环传递至车身，于是，这9个环的承载度综合反映图2车身与底架、底架与悬架支点之间的界面点了车身的承载程度。依次计算单个环的承载度，将它们加权平均后得到车身承载度。各环承载度的权系数根据该环界面力占所有环界面力之和的百分比计算。利用MSC．Nastran计算得出各工况下各界面力和环的承载度。表1示出弯曲工况下各界面力的分布和各环承载度，最终车身承载度为12.2%。表2给出了其它工况的计算结果。由表1和表2可知:表1弯曲工况界面力计算结果参数环1环2环3环4环5环6环7环8环9FmiL/N2944841309.81401.22018.74186.97321.1529.62713.7FmiＲ/N5086351680.789.599.72350.16087.913593862.9FniL/N17680.018126.434881.340286.2FniＲ/N12774.413511.331716.436032.5环承载度/%2.873.679.824.716.79.8220.132.478.62(1)在不同工况下车身承载度不同，弯曲工况和扭转工况的承载度小于制动和急转弯工况。(2)车身承载度的整体水平偏低。每个连接点上底架向车身传递的力较小，使每个环的承载度偏小，导致车身承载度偏校(3)不同环界面点所传递的力不同，主要原因

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