大客車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、振動(dòng)及疲勞仿真分析

目前長(zhǎng)途客運(yùn)大客車多為承載式車身，相對(duì)于非承載式車身，既降低了車架自身重量，又增加了整體剛度，而城市低地板客車、低速觀光車、機(jī)場(chǎng)擺渡車、校車等一些特殊領(lǐng)域，由于設(shè)計(jì)需求不同，采用的仍然是非承載式車身或半承載式車身。車輛設(shè)計(jì)時(shí)，不同形式的車身反饋出來(lái)的問(wèn)題多有不同，其安全系數(shù)、載荷大小、重點(diǎn)分析工況等也不盡相同。

采用CAE方法對(duì)車身骨架進(jìn)行仿真分析，可以在設(shè)計(jì)階段模擬車輛的各種行駛工況，可以快速、全面地獲得結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、振動(dòng)特性、疲勞性能等方面的問(wèn)題，并進(jìn)行徹底的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。沒(méi)有計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)而關(guān)起門來(lái)造車的時(shí)代已經(jīng)不復(fù)存在。

客車分析需要考察的基本工況包括：剛度分析、強(qiáng)度分析、模態(tài)分析、疲勞分析，以及部分特殊車輛的側(cè)翻、碰撞分析。（今天和大家討論的是基本內(nèi)容，有的朋友喜歡要“干貨”，把關(guān)鍵問(wèn)題點(diǎn)透，就是“干貨”，例如懸架系統(tǒng)的合理簡(jiǎn)化方式、帶平衡軸板簧的簡(jiǎn)化方式等等，潛意識(shí)的簡(jiǎn)化往往帶來(lái)錯(cuò)誤的分析結(jié)果，有需求的朋友可以進(jìn)一步交流每個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵問(wèn)題。）

剛度分析主要考察車身抵抗變形的能力，包括彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度，問(wèn)題車輛往往導(dǎo)致的后果是玻璃脫落或破裂、車門閉合不嚴(yán)等問(wèn)題。

強(qiáng)度分析主要考察：

1、彎曲工況：

考察車輛滿載并受到路面沖擊時(shí)的強(qiáng)度，根據(jù)使用路況的不同，采取的動(dòng)載系數(shù)一般為1.5~2.5范圍內(nèi)：

2、轉(zhuǎn)彎工況：

一般考察車輛滿載以指定車速、方向盤打死情況下或鄰近側(cè)翻時(shí)車身的強(qiáng)度（估計(jì)不會(huì)有人這樣開(kāi)車，但也不能遇上這樣的手就車架開(kāi)裂吧），此時(shí)車輛除了承受重力載荷，還承受側(cè)向加速度。

3、制動(dòng)工況：

制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)加速度取決于參考路面的附著力系數(shù)和制動(dòng)力的分配情況，有的車輛允許車輪抱死，則取最大路面附著力系數(shù)，不允許抱死的車輪需要參考制動(dòng)力大小。多年當(dāng)中，CAE工程師們?cè)诓捎脩T性釋放法計(jì)算制動(dòng)工況，在簡(jiǎn)單的邊界問(wèn)題上大做文章，既復(fù)雜又容易出錯(cuò)，還不準(zhǔn)確，殊不知這只是個(gè)力系的平衡問(wèn)題，合理的邊界約束才是解決問(wèn)題的根本。

4、扭轉(zhuǎn)工況：

扭轉(zhuǎn)很容易理解，車輪上馬路牙子就是扭轉(zhuǎn)，就看你的設(shè)計(jì)要求允許車輪上多高的馬路牙子了，再惡劣些就是車輪懸空，此時(shí)板簧或空氣彈簧剛度對(duì)車身強(qiáng)度有影響，切記。

5、側(cè)翻工況：

常規(guī)客車如果不是出口到指定國(guó)家，一般很少有側(cè)翻實(shí)驗(yàn)要求，因此側(cè)翻分析一般不是硬性要求，但是國(guó)內(nèi)校車必須要通過(guò)側(cè)翻實(shí)驗(yàn)，前幾年在溫總理的指令下，校車規(guī)范《GB_24407-2012__專用校車安全技術(shù)條件》頒發(fā)了，側(cè)翻實(shí)驗(yàn)基本就是參照歐標(biāo)的實(shí)驗(yàn)要求，考察標(biāo)準(zhǔn)是側(cè)圍骨架是否會(huì)入侵生存空間。

6、正面碰撞

國(guó)內(nèi)要求更少見(jiàn)，分析方法與乘用車的碰撞分析方法一樣，只是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單些，這個(gè)主要考察的是司機(jī)及前排乘客區(qū)的壓潰量。側(cè)翻與碰撞只能采用顯式方法，耗時(shí)很長(zhǎng)，此時(shí)要考慮材料的應(yīng)變率！

 

7、模態(tài)分析更容易理解，主要考察車身低階模態(tài)的彎曲中心是否合理、各階振型是否與發(fā)動(dòng)機(jī)激振頻率發(fā)生工作等性能，當(dāng)然也可以大致反映出車身的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度。

8、疲勞分析主要考察車身在假定的循環(huán)載荷作用下能夠承受的循環(huán)壽命，由于車輛本身并不是重復(fù)某一個(gè)特定的工況，因此這個(gè)疲勞分析是有假設(shè)前提的。（有個(gè)老外給我打比方形容疲勞問(wèn)題：我狠狠打你一拳，可能一下就打死了；我用適中的力量打你，可能需要很多下；我輕輕的打你，估計(jì)你永遠(yuǎn)都不會(huì)被打死！你這個(gè)比喻有點(diǎn)嚇人。）

目前fe-safe對(duì)于疲勞分析還是比較快捷的，有多種美標(biāo)的金屬材料疲勞數(shù)據(jù)，計(jì)算區(qū)域可任意定義，只分析你關(guān)注的區(qū)域，二、三十萬(wàn)單元的模型可以在幾分鐘內(nèi)搞定。

 

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