大客车车身结构强度及刚度的研究

郑成产

摘要：本文主要介绍了大客车车身结构强度及刚度，重点介绍了大客车车身有限元模型的计算、建立以及计算结果的分析，对大客车车身结构的强度和刚度进行分析，可以加强大客车的牢固性，这样不仅可以在一定程度上保证乘客的人身安全，还可以促进我国交通结构的完善和发展。

关键词：大客车；车身结构；强度；刚度

1大客车车身有限元模型的计算

1.1有限元模型的简化

本文所研究的大客车为半承载框架式结构，对其车身的有限元模型进行计算时，需要将各个结构处的连接点和作用点作为节点，并进行以下简化工作：第一，忽略掉非承载结构件的影响，并利用其他结构对原曲梁进行模拟。第二，将相邻的结构点当作一个节点处理。第三，规范化各结构中截面的形状，并忽略掉影响非常小的截面。第四，利用板壳单元对车架进行离散。

1.2分别对刚性梁和柔性梁进行模拟和计算

一般情况下，在相同大小的外力作用下，刚性梁的垂直位移距离远大于柔性梁的垂直位移距离，悬架刚性梁和柔性梁的模拟图如图1所示。对刚性梁的截面进行计算时，要根据截面的实际形状选择不同的计算公式，当其截面为正方形时，计算公式为A=5.0*10^5*L/E，其中A为截面面积，L为梁的长度。对柔性梁进行计算时，首先要明确，fb为悬架弹簧刚度K的倒数，因此，可以得到柔性梁计算公式为f=L/3EI=1/K。其中，K为弹簧刚度，L为吊耳距离。

2大客车车身有限元模型的建立

2.1大客车车身骨架模型

在建立大客车车身骨架模型时，首先可以在该結构中建立直角坐标系，其中坐标原点为垂直平面和纵向对称面的交点，X轴为大客车前进的直线方向，确定Y轴的方向时，可以结合实际情况的需要，但是一定要遵循右手定则。相关工作人员建立模型的过程中要充分利用到模型的简化方法，对整个大客车车身的骨架进行细致地划分。

2.2计算有限元过程中荷载的处理

工作人员在计算大客车车身骨架重量的过程中，必须要尽可能准确地确定骨架材料的密度大小以及当地的重力加速度，然后将数据输入到相关的软件中，这样总荷载的大小才能在最大程度上接近实际水平，后续的结构刚度、强度的计算工作就能顺利高效地展开。同时，在考虑车窗玻璃的具体重量时，工作人员不能忽略车窗框架的重量，得到其重量数值之后，要换算成荷载量添加到总荷载中。除此以外，如果大客车车身中两根纵梁都是薄壁式结构，那么截面的中心和弯曲中心可能就无法完全处于重合状态，在这种情况下，工作人员可以根据实际需要建立新的坐标系，同时也可以对节点进行进一步地简化。

2.3车身有限元计算过程中工况的选取

大客车车身在大多数情况下都会受到弯曲工况的影响，这时如果车身为水平满载，那么垂直方向荷载力的数值将会达到最大，这种情况下进行受力分析的准确度是非常高的。对工况进行选取时，工作人员可以从以下几个方面来完成工作：第一，使大客车后轮下沉200mm之后，对有限元进行选择，这样可以保证整个系统的稳定性。第二，如果有必要对大客车的前后轮进行升降处理，那么必须要确保升降幅度在240毫米的范围之内，第三，要尽可能地降低主观性的误差，确保工况选取的科学性和合理性，进而确保有限元计算结果的准确性。

3大客车车身有限元计算结果的分析

3.1大客车车身结构强度的计算

由于弯曲工况会对大客车车身造成一定的影响，因此车身骨架的应力水平一般情况下会呈现出逐步降低的趋势，一般情况下，一些应力值较大的单元都位于大客车中间门后面的台阶横梁上，应力值最大可以达到101.4兆帕，但是需要注意的是，应力值大的单元数量并不多，一般有49个。同时，在大多数大客车车身内部，应力区域呈现出一种非常集中的状态，其中客车前门的立柱上部以及中门的立柱上部等都是应力区域集中的主要部分。从大客车车身的整体来计算的话，其平均应力值在18兆帕左右浮动。

3.2大客车车身结构刚度的计算

如果去除了悬架变形的影响因素，那么客车上身骨架的形变程度就会有所降低。需要注意的是，客车门窗对角线的设计对于客车整体的刚度大小有非常大的影响，如果工作人员已经确定了工况的弯曲角度，那么下身骨架的形变也可以得到确定，其中，前门位置是主要的变化部位，在这个过程中，对角线的位移距离会有所较小，那么客车刚度也会呈现出一定的变化。

3.3大客车车身结构刚度的分析

在工况弯曲的情况下，车身结构中大多数开口出的对角线不会出现非常大的变化，但是右侧窗口处的对角线的整体长度会有较大的变化。从车身整体的结构来看，车窗结构的开口越小，上下梁发挥的作用就会越明显，这时大客车车身结构的刚度就会得到有效地加强。

4小结

计算大客车车身有限元模型时涉及的工作有简化有限元模型以及模拟和计算刚性梁和柔性梁，建立大客车车身有限元模型时需要建立车身骨架模型、处理荷载以及选取工况。在研究大客车车身结构的刚度和强度时，工作人员要确保相关数据的准确性以及模型建立的科学性，这样才能确保研究结果的真实性和适用性。

参考文献

[1]颜文友.大客车车身结构强度及刚度的研究[J].科学技术创新，2018（17）：52-53.

[2]余跃. 大变形结构耐撞性分析优化及应用技术研究[D].浙江大学，2017.

（作者单位：南京恒天领锐汽车有限公司）