客车车身骨架有限元分析与轻量化改进设计

客车车身是客车的重要结构,本文运用有限元法和电测实验相结合的方法研究了某型客车车身的结构性能,并在此基础上进行了轻量化改进。 利用有限元分析软件ANSYS,通过合理的简化,建立了某客车有限公司研制开发的半承载式大客车整车骨架的有限元模型。根据该车的设计使用情况对车身有限元模型采用了五种计算工况:匀速直线行驶的水平弯曲工况、一轮悬空的极限扭转工况、紧急制动工况、紧急转弯工况和倾翻工况。通过对这五种工况强度和刚度的分析,得到整车骨架的应力分布和刚度状况,从而寻找出骨架中存在强度和刚度富裕的构件,为该车的轻量化改进提供数据支持。同时,为掌握该车的动态性能,使用了模态分析技术对车身结构进行了分析,计算得到车身骨架的前十阶固有频率,并对低阶固有模态振型进行了分析。 在此基础上,对中门结构进行改进,提高了中门的刚度,减小了中门的变形。此外,直接对一些强度,刚度影响较小且富量较大的构件进行了轻量化改进。在确保整车强度和刚度满足使用要求和国家相关标准的前提下,使车身质量成功减轻211kg。 在研究结构相对复杂的底架时,对三段式底架的前段和后段,采用实体单元建模,对于其他骨架结构则采用传统的梁单元,建立了实体单元和梁单元耦合的车身骨架有限元模型,此种建模方法在汽车骨架的有限元分析方法中的应用目前很少。本文的建模思路对于如何合理建立客车车身的有限元模型并进行分析具有重要的意义。