客車骨架典型強度分析

2017-01-14 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

客車骨架典型強度分析

(1)水平彎曲工況

水平彎曲工況下,車身骨架承受的載荷主要是由車身、動力總成、備用輪胎、電瓶、散熱器、壓縮機、油箱和油、司機座椅、乘客、行李箱、清潔水箱、玻璃等的質量在重力加速度作用下而產生的。該工況模擬客車在平坦路面以較高車速勻速行駛時產生的對稱垂直載荷。它是經常行駛于平坦道路上的大客車主要運行情況,其車速較高、車身骨架扭轉角不大,它主要承受由垂直振動所引起的較大的彎曲載荷。載荷與邊界條件

水平彎曲工況下,車身骨架承受的載荷是主要質量在重力加速度作用下而產生的。本文根據車載質量的空間布置情況將它們換算節(jié)點載荷施加在其布置位置的梁的節(jié)點上。

此外,為消除車身骨架的剛體位移,需要對骨架與懸架的裝配位置的節(jié)點進行約束。水平彎曲工況下,其邊界條件為:約束前輪裝配位置處節(jié)點的三個平動自由度UX, UY, UZ,從而釋放三個轉動自由度ROTX, ROTY, ROTZ;約束后輪裝配位置處節(jié)點的垂直方向自由度UZ,釋放其它自由度。

水平彎曲工況加載示意圖

(2)極限扭轉工況

整車滿載水平放置,后兩輪固定,前軸間加一極限扭矩(前軸負荷的一半乘以輪距),相當于客車單輪懸空的極限受力情況,模擬客車在崎嶇不平的道路上低速行駛時產生的斜對稱垂直載荷。極限扭矩計算公式:T =P x L/2,其中T表示計算扭矩、p表示前橋懸掛負荷、L表示前輪輪距。扭轉工況下的動載,在時間上變化得很緩慢,所以慣性載荷也很小,因此,車身的扭轉特性也可以近似地看作是靜態(tài)的,而試驗結果也證實了這一點,靜態(tài)扭轉試驗和動載試驗所測得的骨架的薄弱部位一致。即靜態(tài)扭轉時骨架上的大應力點,就可以用來判定動載時的大應力點。

載荷與邊界條件

由于路面不平度的作用,汽車需要模擬兩前輪之一懸空時,車身骨架靜態(tài)極限扭轉時承受的應力分布情況,這種情況下車身骨架的載荷同滿載水平彎曲工況一樣。

邊界條件為:約束左(右)前輪裝配位置處節(jié)點的三個平動自由度UX, UY, UZ,釋放三個轉動自由度ROTX, ROTY, ROTZ;釋放右(左)前輪裝配位置處節(jié)點的所有自由度;約束后輪裝配位置處節(jié)點的垂直方向自由度UZ,釋放其它所有自由度。

車輪懸空扭轉工況

(3)緊急轉彎工況

實踐表明,除了上述兩種主要載荷的作用外,客車車身骨架上還將承受其它的一些載荷。例如:客車加速或制動時會導致底架前、后部載荷的重新分配;客車緊急轉彎時,慣性力將使骨架受到側向力的作用。本工況模擬客車在行駛中緊急(左)右轉彎時的載荷情況,客車車身除了承受自身重力及車載質量的重力作用外,還受到由于轉向時產生的側向力作用,計算時假定側向加速度為0.4g

載荷與邊界條件

汽車滿載發(fā)生轉彎時,車身骨架將受到離心力作用而產生側向載荷。由于離心加速度的大小由轉彎半徑以及行駛車速兩個參數決定,作為近似計算,本文通過在橫向(y軸正方向)施加一個側向加速度0.4g來模擬緊急右轉彎工況下載荷情況。此外,離心力的大小還受到車載質量的影響。該工況下,需要假設后軸在完全側滑的極限狀態(tài)下完成。邊界條件:約束右前輪裝配位置處節(jié)點的三個平動自由度UX, UY, UZ;約束左前輪裝配位置處節(jié)點的垂直方向自由度UZ、縱向自由度UX;約束后輪裝配位置處節(jié)點的垂直方向自由度UZ

(4)緊急制動工況

本工況將模擬客車在行駛中緊急制動時的載荷情況,客車車身除承受乘客及車輛重力作用外,還要受到縱向制動慣性力的作用。制動時,設定客車的最大減速度為:a=g,其中為路面附著系數取0.8,即車身加速度為-0.8g

載荷與邊界條件

汽車在加速或制動時,由于慣性力的作用,車身骨架將承受縱向載荷?？v向載荷的大小取決于縱向加速度和車載質量兩個參數。而在緊急制動工況下,慣性力的大小取決于受制動減速度的大小。以前述公式,確定本工況制動減速度為0.8g。進行計算時假設制動時前后各車輪同時抱死,在車身骨架上施加一個縱向加速度來模擬緊急制動工況。邊界條件:約束前輪裝配位置處節(jié)點的三個平動自由度UX, UY, UZ,約束后輪裝配位置處節(jié)點的垂直自由度UZ和縱向自由度UX,釋放其它自由度。

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