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大客车结构强度、振动及疲劳仿真分析

2018-05-11 10:34:48·  来源:CAE技术资讯  
 
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相对于非承载式车身,承载式车身既降低了车架自身重量,又增加了整体刚度,目前长途客运大客车多为承载式车身。而城市低地板客车、低速观光车、机场摆渡车、校车等一些特殊领域,由于设计需求不同,采用的仍然是非承载式车身或半承载式车身。车辆设计时,不同形式的车身反馈出来的问题多有不同,其安全系数、载荷大小、重点分析工况等也不尽相同。
相对于非承载式车身,承载式车身既降低了车架自身重量,又增加了整体刚度,目前长途客运大客车多为承载式车身。而城市低地板客车、低速观光车、机场摆渡车、校车等一些特殊领域,由于设计需求不同,采用的仍然是非承载式车身或半承载式车身。车辆设计时,不同形式的车身反馈出来的问题多有不同,其安全系数、载荷大小、重点分析工况等也不尽相同。

采用CAE方法对车身骨架进行仿真分析,可以在设计阶段模拟车辆的各种行驶工况,可以快速、全面地获得结构的刚度、强度、振动特性、疲劳性能等方面的问题,并进行彻底的结构优化。没有计算机仿真技术而关起门来造车的时代已经不复存在。

客车分析需要考察的基本工况包括:刚度分析、强度分析、模态分析、疲劳分析,以及部分特殊车辆的侧翻、碰撞分析。(今天和大家讨论的是基本内容,有的朋友喜欢要“干货”,把关键问题点透,就是“干货”,例如悬架系统的合理简化方式、带平衡轴板簧的简化方式等等,潜意识的简化往往带来错误的分析结果,有需求的朋友可以进一步交流每个环节的关键问题。)

刚度分析主要考察车身抵抗变形的能力,包括弯曲刚度、扭转刚度,问题车辆往往导致的后果是玻璃脱落或破裂、车门闭合不严等问题。
强度分析主要考察:

1、弯曲工况:
考察车辆满载并受到路面冲击时的强度,根据使用路况的不同,采取的动载系数一般为1.5~2.5范围内:



2、转弯工况:
一般考察车辆满载以指定车速、方向盘打死情况下或邻近侧翻时车身的强度(估计不会有人这样开车,但也不能遇上这样的手就车架开裂吧),此时车辆除了承受重力载荷,还承受侧向加速度。

3、制动工况:
制动时的制动加速度取决于参考路面的附着力系数和制动力的分配情况,有的车辆允许车轮抱死,则取最大路面附着力系数,不允许抱死的车轮需要参考制动力大小。多年当中,CAE工程师们在采用惯性释放法计算制动工况,在简单的边界问题上大做文章,既复杂又容易出错,还不准确,殊不知这只是个力系的平衡问题,合理的边界约束才是解决问题的根本。



4、扭转工况:
扭转很容易理解,车轮上马路牙子就是扭转,就看你的设计要求允许车轮上多高的马路牙子了,再恶劣些就是车轮悬空,此时板簧或空气弹簧刚度对车身强度有影响,切记。

5、侧翻工况:
常规客车如果不是出口到指定国家,一般很少有侧翻实验要求,因此侧翻分析一般不是硬性要求,但是国内校车必须要通过侧翻实验,前几年在温总理的指令下,校车规范《GB_24407-2012__专用校车安全技术条件》颁发了,侧翻实验基本就是参照欧标的实验要求,考察标准是侧围骨架是否会入侵生存空间。



6、正面碰撞
国内要求更少见,分析方法与乘用车的碰撞分析方法一样,只是结构简单些,这个主要考察的是司机及前排乘客区的压溃量。侧翻与碰撞只能采用显式方法,耗时很长,此时要考虑材料的应变率!



7、模态分析更容易理解,主要考察车身低阶模态的弯曲中心是否合理、各阶振型是否与发动机激振频率发生工作等性能,当然也可以大致反映出车身的弯曲刚度、扭转刚度。



8、疲劳分析主要考察车身在假定的循环载荷作用下能够承受的循环寿命,由于车辆本身并不是重复某一个特定的工况,因此这个疲劳分析是有假设前提的。(有个老外给我打比方形容疲劳问题:我狠狠打你一拳,可能一下就打死了;我用适中的力量打你,可能需要很多下;我轻轻的打你,估计你永远都不会被打死!你这个比喻有点吓人。)

目前fe-safe对于疲劳分析还是比较快捷的,有多种美标的金属材料疲劳数据,计算区域可任意定义,只分析你关注的区域,二、三十万单元的模型可以在几分钟内搞定。