客车骨架典型强度分析

2018-06-13 14:55:32· 来源：技术邻CAE学院

水平弯曲工况下，车身骨架承受的载荷主要是由车身、动力总成、备用轮胎、电瓶、散热器、压缩机、油箱和油、司机座椅、乘客、行李箱、清洁水箱、玻璃等的质量在重力加速度作用下而产生的。该工况模拟客车在平坦路面以较高车速匀速行驶时产生的对称垂直载荷。

（1）水平弯曲工况
水平弯曲工况下，车身骨架承受的载荷主要是由车身、动力总成、备用轮胎、电瓶、散热器、压缩机、油箱和油、司机座椅、乘客、行李箱、清洁水箱、玻璃等的质量在重力加速度作用下而产生的。该工况模拟客车在平坦路面以较高车速匀速行驶时产生的对称垂直载荷。它是经常行驶于平坦道路上的大客车主要运行情况，其车速较高、车身骨架扭转角不大，它主要承受由垂直振动所引起的较大的弯曲载荷。载荷与边界条件水平弯曲工况下，车身骨架承受的载荷是主要质量在重力加速度作用下而产生的。本文根据车载质量的空间布置情况将它们换算节点载荷施加在其布置位置的梁的节点上。

此外，为消除车身骨架的刚体位移，需要对骨架与悬架的装配位置的节点进行约束。水平弯曲工况下，其边界条件为:约束前轮装配位置处节点的三个平动自由度UX, UY, UZ，从而释放三个转动自由度ROTX, ROTY, ROTZ;约束后轮装配位置处节点的垂直方向自由度UZ，释放其它自由度。

水平弯曲工况加载示意图

(2)极限扭转工况
整车满载水平放置，后两轮固定，前轴间加一极限扭矩(前轴负荷的一半乘以轮距)，相当于客车单轮悬空的极限受力情况，模拟客车在崎岖不平的道路上低速行驶时产生的斜对称垂直载荷。极限扭矩计算公式:T =P x L/2，其中T表示计算扭矩、p表示前桥悬挂负荷、L表示前轮轮距。扭转工况下的动载，在时间上变化得很缓慢，所以惯性载荷也很小，因此，车身的扭转特性也可以近似地看作是静态的，而试验结果也证实了这一点，静态扭转试验和动载试验所测得的骨架的薄弱部位一致。即静态扭转时骨架上的大应力点，就可以用来判定动载时的大应力点。

载荷与边界条件

由于路面不平度的作用，汽车需要模拟两前轮之一悬空时，车身骨架静态极限扭转时承受的应力分布情况，这种情况下车身骨架的载荷同满载水平弯曲工况一样。
边界条件为:约束左(右)前轮装配位置处节点的三个平动自由度UX, UY, UZ，释放三个转动自由度ROTX, ROTY, ROTZ;释放右(左)前轮装配位置处节点的所有自由度;约束后轮装配位置处节点的垂直方向自由度UZ，释放其它所有自由度。

车轮悬空扭转工况

(3)紧急转弯工况
实践表明，除了上述两种主要载荷的作用外，客车车身骨架上还将承受其它的一些载荷。例如:客车加速或制动时会导致底架前、后部载荷的重新分配;客车紧急转弯时，惯性力将使骨架受到侧向力的作用。本工况模拟客车在行驶中紧急(左)右转弯时的载荷情况，客车车身除了承受自身重力及车载质量的重力作用外，还受到由于转向时产生的侧向力作用，计算时假定侧向加速度为0.4g

载荷与边界条件

汽车满载发生转弯时，车身骨架将受到离心力作用而产生侧向载荷。由于离心加速度的大小由转弯半径以及行驶车速两个参数决定，作为近似计算，本文通过在横向(y轴正方向)施加一个侧向加速度0.4g来模拟紧急右转弯工况下载荷情况。此外，离心力的大小还受到车载质量的影响。该工况下，需要假设后轴在完全侧滑的极限状态下完成。边界条件:约束右前轮装配位置处节点的三个平动自由度UX, UY, UZ;约束左前轮装配位置处节点的垂直方向自由度UZ、纵向自由度UX;约束后轮装配位置处节点的垂直方向自由度UZ

(4)紧急制动工况
本工况将模拟客车在行驶中紧急制动时的载荷情况，客车车身除承受乘客及车辆重力作用外，还要受到纵向制动惯性力的作用。制动时，设定客车的最大减速度为:a=g，其中为路面附着系数取0.8，即车身加速度为-0.8g

载荷与边界条件

汽车在加速或制动时，由于惯性力的作用，车身骨架将承受纵向载荷。纵向载荷的大小取决于纵向加速度和车载质量两个参数。而在紧急制动工况下，惯性力的大小取决于受制动减速度的大小。以前述公式，确定本工况制动减速度为0.8g。进行计算时假设制动时前后各车轮同时抱死，在车身骨架上施加一个纵向加速度来模拟紧急制动工况。边界条件:约束前轮装配位置处节点的三个平动自由度UX, UY, UZ，约束后轮装配位置处节点的垂直自由度UZ和纵向自由度UX，释放其它自由度。

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