大客车车身结构的力学分析

第4期　2005年客车技术与研究

设计 计算 研究

大客车车身结构的力学分析

陈　燕

(鲁东大学交通学院,山东烟台　264025)

摘　要:通过对客车车身结构的静态、动态分析,从车身结构的刚度指标(承载和振动特性),说明车

身结构的一般分析方法。结构的整体性使载荷按车身结构各主要组成部分的刚度进行分配,在确

定车辆振动、噪声和乘坐舒适性时,线性分析对结构设计的作用。关键词:大客车;车身结构;静态分析;动态分析

Abstract:Forthestaticanddynamicanalysisofbusbodystructure,thecommonmethodsaredescribedonthebasisofthestiffnessquoto(loadandvibrationcharacteristics)ofthestructure1Thewholeconstructionmakesloadsdis2tributedaccordingtothestiffnessoftheprimarilycomponentsofbusbodywork1Whiledetrminingthevibration,noiseandpassengercomfortofvehicles,thelinearanalysishasgreatfunctiontotheconstructiondesign1Keywords:Largebus;Bodystructure;Staticanalysis;Dynamicanalysis

中图分类号:U463.82.03　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:100623331(2005)0420006204

　　　客车车身结构是一个由各种承载构件组成的空间超静定结构。承受载荷作用的所有车身构件都可以认为是承载结构的组成部分。客车行驶时,车身结构要承受多种载荷的作用;在承受载荷作用时,一般认为载荷是按车身结构各主要组成部分的刚度进行分配的,车身刚度指标是车身结构重要的技术参数。对客车车身结构进行静态和动态分析,可获得结构的承载特性和振动特性等评价指标,并为结构的改进设计提供依据。

所引起的)出现的次数极少。经验表明,如果结构尺寸选择得正确,能承受最大偶然载荷的作用,那么它的疲劳强度也是足够的,尤其是对于有车架的车身结构。因此,由静载荷的大小,利用动载荷系数就可以用车身结构的静力分析替代疲劳强度计算。

静态分析的计算载荷一般包括对称垂直载荷、非对称垂直载荷、纵向载荷和横向载荷。在车辆行驶过程中,这些载荷可以同时产生,出现各种载荷组合情况。对称垂直载荷将引起弯曲力矩使车身结构产生弯曲变形。非对称垂直载荷使车身结构不但承受弯曲力矩的作用,而且承受扭转力矩的作用。扭转力矩取决于动载荷系数、作用在左右前轮支承反力的差值和前轮距的大小。最大扭转力矩的情况是作用在左、右前轮支承反力的差值等于前桥的支承反力。对于车身结构起决定性作用的载荷是引起弯曲和扭转的非对称垂直载荷。在载荷计算时,要考虑载荷组合情况,将载荷分成弯曲和扭转两种情况。11112　静态分析模型

1　车身结构的分析方法

车身结构的力学分析包括:(1)作用在车身结构上的载荷与车身结构变形的关系;(2)作用在车身结构上的载荷与车身结构运动的关系,即对车身结构进行静态和动态分析以及安全结构分析。对于车身结构需进行四种结构水平的分析,这四种结构水平是:完整的车身结构、部件和构件、构件的危险截面、应力集中点及相邻区域。车身结构的分析方法包括传统分析方法(如基本结构板面法)和现代结构分析方法(如有限元分析方法)。现代结构分析是采用有限元方法、模态分析等对结构进行计算分析,它是车身结构设计的重要组成部分,并可与优化设计形成集成系统,构成车身结构新的设计过程。111　车身结构静态分析11111　静态分析的计算载荷

车身结构的力学模型可以有两种类型:第一种是为车身结构初步设计所需要的尽可能简化的模型;第二种是为计算车身结构强度和刚度所需要的细节模型,如有限元计算模型。

承受载荷作用的所有车身构件,都可以认为是承载结构的组成部分,但仍需要根据其对结构分析的影响程度分成重要的和不重要的两种。如何确定构件的相互作用,依赖于对这些构件的截面刚度进行分析。如果材料相同,刚度的计算表现为对被分

客车行驶时,车身所承受的实际载荷是经常反复出现的动载荷。最大的动载荷(例如由道路不平 6

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客车技术与研究　　2005年　第4期

析截面的惯性矩进行分析。

各构件的连接方式,在构件的相互作用中,所起的作用极大。由于焊接和铆接或相当于它们的螺栓连接都能承受载荷的作用,因此,用这些方法连接在车身结构上的构件是属于承载结构的。

考虑到组成车身结构的各部分在不同车身结构型式中,对车身总刚度的影响不同,所以将车身结构分为各种典型型式仍具有重要的意义。虽然这种划分有很大的局限性和相对性,但对典型型式的分析,有助于了解不同车身构件在车身结构中所起的作用,有助于理解车身结构设计的一般原则。如在承载式车身结构中,侧窗立柱的刚度具有重要意义。只有侧窗立柱的刚度足够,才有可能使整个结构都参与承载。11113　静态分析

车身结构在对称垂直加载的情况下,车身侧壁和底架将承受弯曲作用,而前后围和顶盖的大部分不承受弯曲作用,只有顶盖上的侧壁部位参与承载。侧壁横梁的静力状态取决于横梁在承受支承反力中所起的作用。在结构中,有些骨架构件起辅助作用,它们只承受由有效载荷所产生的力的作用;而有些骨架构件,不但承受由有效载荷所产生的力的作用,而且承受由支承反力所产生的力和力矩的作用,是结构中的主骨架构件。

对侧窗立柱受力分析发现,顶盖上侧壁部位的刚度对侧窗立柱的弯曲变形影响很大。采用具有抗弯刚度的梁,可以明显地减小侧窗立柱的弯曲力矩,其减少量可通过计算求得,这一点对提高车身强度具有重要的意义。

在非对称垂直加载的情况下,车身结构将产生弯曲变形和扭转变形,所有构件之间均将产生作用力。其中受力最危险的构件是侧窗立柱、乘客门和驾驶员门立柱。侧窗立柱在剪力的作用下发生弯曲,其弯曲力与每一个侧窗立柱的刚度成正比,与侧窗立柱总的刚度成反比。侧窗立柱前后设置加强板可使侧窗立柱总的刚度增加很多。

对于侧窗立柱,在弯曲力一定的情况下,弯曲力矩的大小取决于侧窗立柱与顶盖的连接方法。如果侧窗上边梁刚度不足,则弯曲力臂等于侧窗的高度。如果侧窗上边梁刚度足够,则弯曲力臂将减小,直至等于侧窗高度的一半。

扭转力矩在纵梁和横梁所组成的框架(车架)中,将产生纵向弯矩和横向弯矩。由于横向弯矩将大于纵向弯矩(对于客车更是如此),因此,可以认为

客车车架是由主要承受弯矩作用的两根纵梁和主要承受扭矩作用的横梁(特别是与悬架支承点邻近的横梁)组成。在承受载荷方面,客车车身结构中的底架所起的作用并不显著,但底架能使集中力得以均布,而不致于在薄壁构件中引起应力集中。112　动态分析11211　车辆运行谱车辆运行谱是在数万公里的正常运行中,记录下的有关数据,包括危险部位的位移和加速度,以及更一般的运行变量,如车速、行车时间、制动次数和转弯次数等。

由车辆运行谱获得的资料虽然是必须的,但它本身并不足以用来指导汽车结构设计。需要有附加的参数来给定各种运动载荷和路面载荷状况下的载荷的大小、频率成分和方向。另外,还需要车辆的特定数据,包括如超载机率等统计数据。

为评价结构的可靠性,超载性能是个关键参数。由重复的动载荷造成的疲劳损坏取决于循环次数和频率成分。这个参数可由测定信号超过不同界限值的次数通过时间历程求得。这些数据经常以载荷超越曲线或单位行驶距离内的超越次数来表示。11212　车辆运行模型

在确定作用在车辆系统上的外力时,需要采用“车辆运行模型”。另外,必须给定车辆的环境,特别是路面状况的特性。定义车辆运行模型时需要描述刚体车辆的动力 …… 此处隐藏：6016字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……