货车后下部防护装置结构设计及有限元分析

2018-02-18田庆敏

装备制造技术 2018年11期

田庆敏

（江苏航空职业技术学院，江苏镇江212134）

0 引言

随着现代人们经济生活水平的提高，家庭小汽车的持有量越来越多，但是每年发生的交通事故中，民用微型载客汽车每年发生的交通事故也日益增多，造成大量的人员伤亡。其中小型汽车追尾货车是其中常见的方式，而这种事故的死亡率也高于一般的车辆追尾事故[1-2]。通常货车后下部装有防护装置，该装置具有阻挡小型车辆钻入货车底部和吸收撞击能量的作用，可以提高车辆之间的碰撞性。目前常见的阻挡梁截面形状为槽钢，本论文提出另外一种截面形状，并通过强度分析计算，对比两种截面的防撞梁的结构强度，提出了新的后下部防护结构，新的后防护结构的强度有了一定程度的提高和改善，可以更加有效地阻止恶性交通事故，减轻对追尾车辆内人员的伤害。

1 国标对后防护的加载要求

1.1 加载点的位置

GB11567.2-2001中对后防护装置的试验加载点具体要求如下：后防护装置的防撞梁同一平面上设置5个加载点。这5个加载点位于同一水平面，且位于后下部防护装置防撞梁的中心平面。加载点具体距离要求如图1所示。

1.2 加载方式

GB11567.2-2001对于后防护装置的加载有两种方式可以选用，分别是两点加载方式和三点加载方式。图1为加载点位置示意图，采用两点加载方式时，加载点沿车辆轴向中心平面对称分布（见图点2和点4），以100 kN静态力持续加载，点2和点4之间的距离在700～1000之间；采用三点加载方式时，加载载荷以静态力方式持续作用在图1中的点1，加载载荷大小为25 kN（点1）或右侧作用点（点5）上，然后持续作用在车辆纵向中心平面上的加载点[3]（点3）。

图1 加载点的位置示意图

2 建立后防护装置有限元模型

本论文所研究的后防护装置的有限元分析的方法和流程是：首先在SolidWorks三维软件中分别将两种防护装置的结构模型建立出来，然后通过模型转换将其导入前处理软件HyperMesh中进行网格的划分、载荷和约束的设置，最后将处理好的有限元模型导入到Ansys中进行强度计算[4-5]，通过计算结果进行分析对比，从而提出并改进后防护装置的优化结构。

2.1 几何模型

2.1.1 槽钢阻挡梁后防护结构的几何模型

如图2为槽钢阻挡梁的后防护装置的装配模型，它是由左右固定方钢、左右竖方钢、左右支撑方钢和槽型防撞梁几部分焊接而成。方钢尺寸为80 mm×80 mm×4 mm，槽型防撞梁尺寸为120 mm×80 mm×4 mm，横截面面积为1 088 mm2，材料为Q235.

图2 后防护装置模型（槽钢阻挡梁）

2.1.2 圆管阻挡梁后防护结构几何模型

如图3为圆管截面阻挡梁的后防护装置的装配模型，它是由左右固定方钢、左右竖方钢、左右支撑方钢和圆管防撞梁几部分焊接而成。方钢尺寸为80 mm×80 mm×4 mm，圆管截面尺寸为Φ80 mm×4 mm，截面积为955 mm2，材料为Q235.

图3 后防护装置模型（圆管阻挡梁）

2.2 模型网格划分

通过格式转换将防护装置的三维实体模型导入到前处理软件中，因为后防护装置采用薄壁型材，厚度尺寸相比较其它方向的尺寸小很多，因此决定采用壳单元进行分析，从而能够减少计算量。对模型的每个部分进行抽取中心面，然后在中心面上进行2D网格的划分。

2.2.1 槽钢阻挡梁的后防护有限元模型

如图4，模型全部采用壳单元，形成有限元模型的单元数为11 740，节点数为11 592.

图4 槽钢阻挡梁的后防护有限元模型

2.2.2 圆管截面阻挡梁的后防护有限元模型

如5，模型全部采用壳单元，形成有限元模型的单元数为11 229，节点数为10 872.

图5 圆管截面阻挡梁的后防护有限元模型

将上述两种模型按要求施加约束及载荷，对于两点加载方式，在阻挡梁上的P2和P4两点分别施加大小为100 kN的静态作用力；对于三点加载方式，在阻挡梁上的P1、P5、P3三点先后施加大小为25 kN的静态作用力。从图1加载点的位置示意图可以看出，点1和点5相对于点3是对称的，所以我们采用三点加载方式进行计算时，只针对点1和点3加载时的受力情况进行分析计算。