新能源大客車車骨架靜力學(xué)分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4961新能源大客車車骨架靜力學(xué)分析案例 1324231.1靜力學(xué)分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn) 19301.2滿載工況分析 278681.2.1載荷和約束的施加 251201.2.2滿載工況分析結(jié)果 3210981.2.3滿載工況結(jié)果分析 499171.3一輪懸空工況分析 5318711.1.1載荷和約束的施加 5160571.1.2一輪懸空工況分析結(jié)果 5149751.1.3一輪懸空工況結(jié)果分析 763991.4急制動(dòng)工況分析 7318651.4.1載荷和約束的施加 7142881.4.2急制動(dòng)工況分析結(jié)果 8277531.4.3急制動(dòng)工況結(jié)果分析 1048451.5急轉(zhuǎn)彎工況分析 10107251.5.1載荷和約束的施加 10325491.5.2急轉(zhuǎn)彎工況分析結(jié)果 11173741.5.3急轉(zhuǎn)彎工況結(jié)果分析 12121551.6四種工況結(jié)果對(duì)比 121.1靜力學(xué)分析評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)在工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，通常以材料的許用應(yīng)力來作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。材料的許用應(yīng)力通?？梢杂墒剑?.1）進(jìn)行求解。作為評(píng)判結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否滿足的標(biāo)準(zhǔn)。[σ]=σs式中：n——材料的安全系數(shù)；σs[σ]查閱相關(guān)資料本次設(shè)計(jì)的安全系數(shù)為n=1.5，通過Q345鋼的屈服極限σs=345Mpa由式（1.1）可得該車骨架的許用應(yīng)力1.2滿載工況分析客車在滿載工況下是指車輛直線行駛狀態(tài)或車身結(jié)構(gòu)縱向彎曲工況，也是比較基礎(chǔ)和常見的工況。1.2.1載荷和約束的施加（1）載荷情況客車車骨架在滿載工況平穩(wěn)直線行駛受到的主要載荷如表1.1，其中乘客、座椅以及車門以均布力的方式施加在車架上；發(fā)動(dòng)機(jī)電池以均布力的方式施加在電池架上，車窗以局部力施加在對(duì)應(yīng)部分橫梁上；車頂空調(diào)以局部力施加在車頂棚骨架上?？蛙嚬羌軡M載主要載荷表1.1名稱數(shù)量總重（kg）名稱數(shù)量總重（kg）乘客804800電池101500座椅31465發(fā)動(dòng)機(jī)1228側(cè)窗玻璃6210車門2246車頂空調(diào)1280前圍玻璃175（2）約束情況約束前車輪左右懸掛支撐點(diǎn)上y、z方向的線位移，后輪約束情況考慮到該車架后輪車橋與車架是由四氣囊空氣懸架相連接，為了更好的模擬實(shí)際空氣懸架對(duì)車架的支撐，所以后輪約束采用剛性梁代替懸架作用如圖1.1，首先約束兩后輪懸掛底端中點(diǎn)x、y、z方向上的線位移，再約束底端兩側(cè)y方向上的線位移。圖1.1模擬空氣懸架剛性桿（3）加載約束效果圖滿載情況下加載約束效果圖如圖1.2圖1.2滿載情況下加載約束效果圖1.2.2滿載工況分析結(jié)果（1）滿載工況下的變形云圖如圖1.3所示，通過觀察位移云圖，最大位移發(fā)生在大客車車架尾部最大位移為8.20mm，客車中段由于車頂空調(diào)以及車架的均布載荷會(huì)有向下的凹陷但是位移不夠明顯。圖1.3客車車骨架滿載工況位移云圖（2）滿載工況下的應(yīng)力云圖如圖1.4所示，通過觀察應(yīng)力云圖，最大應(yīng)力集中在車底架后車輪懸掛接觸點(diǎn)前端區(qū)域，最大應(yīng)力為98.59Mpa，小于該工況下的許用應(yīng)力230Mpa，所以該車身結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度需求。此外前輪懸掛支撐點(diǎn)以及左右圍靠近后輪部分均有較大的應(yīng)力分布。后電池支撐架以及客車中段應(yīng)力分布較小。圖1.4客車車骨架滿載工況應(yīng)力云圖1.2.3滿載工況結(jié)果分析通過觀察客車車骨架在滿載工況下的位移以及應(yīng)力分布云圖，可以得出初步優(yōu)化假設(shè)：觀察客車車骨架應(yīng)力云圖發(fā)現(xiàn)應(yīng)力較大部分主要集中在后輪區(qū)域，但都未達(dá)到材料的許用應(yīng)力，后續(xù)優(yōu)化可能會(huì)改變?cè)搮^(qū)域管件截面以增強(qiáng)剛度。另外客車后電池支撐架以及客車中段應(yīng)力分布較小，并有比較大的閾值，說明該部分區(qū)域有比較大的優(yōu)化空間。1.3一輪懸空工況分析一輪懸空工況也可稱為客車的扭轉(zhuǎn)工況分析，實(shí)際上是指客車在不平整路面行駛過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一輪架空的情況，這種工況下由于減少了一個(gè)地面支撐點(diǎn)，車輛受力向一邊偏移，發(fā)生車架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)，所以加深了客車車架的結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)，所以對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度提出了更高的要求。本次分析選擇車輛的右后輪被架空為代表工況進(jìn)行分析。1.1.1載荷和約束的施加（1）載荷情況由于討論的還是車輛在滿載狀態(tài)下發(fā)生的情況，所以在載荷施加方面沿用客車滿載狀態(tài)下的載荷狀況。（2）約束情況由于此工況是右后輪懸空狀況，所以約束前車輪左右懸掛支撐點(diǎn)上y、z方向的線位移，并且約束左后輪懸掛底端中點(diǎn)支撐點(diǎn)上x、y、z方向上的線位移，約束左后輪懸掛底端兩側(cè)支撐點(diǎn)上y方向上的線位移，客車右后輪不進(jìn)行任何約束來模擬一輪懸空時(shí)的工況。（3）加載約束效果圖一輪懸空加載約束效果圖如圖1.5。圖1.5一輪懸空加載約束效果圖1.1.2一輪懸空工況分析結(jié)果（1）一輪懸空工況下的變形云圖如圖1.6所示，通過觀察該工況下客車車架的位移云圖，整體上觀察，車身明顯繞x軸發(fā)生了一定程度的扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致車輛的最大位移點(diǎn)由正常滿載工況下的車骨架正后部向車骨架右端進(jìn)行偏移，最大位移量也有明顯增加為44.41mm。(a)一輪懸空變形軸測(cè)圖(b)一輪懸空變形俯視圖圖1.6一輪懸空工況下的變形云圖（2）一輪懸空工況下的應(yīng)力云圖如圖1.7所示，通過觀察該工況下的應(yīng)力云圖，應(yīng)力主要分布于車底架靠近左后輪懸掛支撐點(diǎn)的區(qū)域，最大應(yīng)力為199.39Mpa較滿載情況下應(yīng)力有所增加，但仍小于該工況下的許用應(yīng)力230Mpa，所以在一輪懸空工況下車身結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度需求，此外后電池支撐架以及客車中段應(yīng)力分布較小。圖1.7一輪懸空工況下的應(yīng)力云圖1.1.3一輪懸空工況結(jié)果分析通過觀察在一輪懸空工況下的應(yīng)力云圖，相較于滿載工況下的應(yīng)力云圖，最大應(yīng)力有所增加，并出現(xiàn)在車底架靠近左后輪懸掛支撐點(diǎn)的區(qū)域，在優(yōu)化過程中可能會(huì)需要加強(qiáng)此區(qū)域的強(qiáng)度，另外車架后電池支撐架以及車底架中段和前段閾值較大，均有比較大的優(yōu)化空間。1.4急制動(dòng)工況分析急制動(dòng)工況是指客車在正常行駛途中，遇到突發(fā)情況時(shí)而采取緊急制動(dòng)的情況，此時(shí)客車除了受到和滿載工況下相同的載荷外，還受到縱向的慣性力作用，由于受力狀況改變，所以需要對(duì)該工況下進(jìn)行靜力學(xué)分析。1.4.1載荷和約束的施加（1）載荷情況在同滿載工況下的加載狀況的基礎(chǔ)上，再在車骨架縱向施加一個(gè)大小為0.7g，以車頭朝向?yàn)檎颍较蛳蚝蟮膽T性力。如圖1.8。圖1.8縱向慣性力（2）約束情況約束前車輪左右懸掛支撐點(diǎn)上x、y、z方向的線位移，并且約束兩后輪懸掛底部中點(diǎn)支撐點(diǎn)上y、z方向上的線位移，約束兩后輪懸掛底部?jī)蓚?cè)y方向上線位移。（3）加載約束效果圖急制動(dòng)加載約束效果圖如圖1.9。圖1.9急制動(dòng)加載約束效果圖1.4.2急制動(dòng)工況分析結(jié)果（1）急制動(dòng)工況下的變形云圖如圖1.10所示，位移最大處出現(xiàn)在車架后端，最大位移量為5.38mm。圖1.10急制動(dòng)工況下的變形云圖（2）急制動(dòng)工況下的應(yīng)力云圖如圖1.11所示，應(yīng)力最大處出現(xiàn)在車底架后輪懸掛前支撐點(diǎn)附近，最大應(yīng)力為97.28Mpa，小于該工況下的許用應(yīng)力230Mpa，另外車底架中段也有部分應(yīng)力分布。后端電池支架以及頂棚所受應(yīng)力較小。圖1.11急制動(dòng)工況下的應(yīng)力云圖1.4.3急制動(dòng)工況結(jié)果分析通過施加縱向慣性力的方法來模擬實(shí)際客車急制動(dòng)工況，從分析結(jié)果可以看出，車身骨架有整體向前傾的趨勢(shì)，并且最大應(yīng)力處也隨工況的不同而出現(xiàn)在不同位置，最大應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求。雖然應(yīng)力最大處出現(xiàn)在車底架后輪懸掛前支撐點(diǎn)附近，但其最大應(yīng)力滿足結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度需求，車架頂棚以及后端電池支撐架分布應(yīng)力較小，有較大的優(yōu)化空間。1.5急轉(zhuǎn)彎工況分析急轉(zhuǎn)彎工況是指在客車在較高速度行駛過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的情況，本此分析以客車左急轉(zhuǎn)彎為例，在載荷分布方面，相比于滿載工況，還需施加一個(gè)橫向的慣性力，用來模擬客車在實(shí)際工況中所受到的向心加速度。1.5.1載荷和約束的施加（1）載荷情況在同滿載工況下的加載狀況的基礎(chǔ)上，再在車骨架橫向施加一個(gè)大小為0.4g的慣性力如圖1.12所示。圖1.12橫向慣性力（2）約束情況約束前車輪左懸掛支撐點(diǎn)上x、z方向的線位移，約束前車輪右懸掛支撐點(diǎn)上x、y、z方向的線位移；并且約束左后輪懸掛底端中點(diǎn)上z方向上的線位移，約束右后輪懸掛底端中點(diǎn)上y、z方向上的線位移，約束右后輪懸掛底端兩側(cè)上y方向上的線位移。（3）加載約束效果圖急轉(zhuǎn)彎加載約束效果圖如圖1.13。圖1.13急轉(zhuǎn)彎加載約束效果圖1.5.2急轉(zhuǎn)彎工況分析結(jié)果（1）急轉(zhuǎn)彎工況下的變形云圖如圖1.14所示，各部分位移狀況符合實(shí)際情況。最大位移出現(xiàn)在車頂棚右后端，最大位移為10.12mm，車架整體有向右傾趨勢(shì)。（a）急轉(zhuǎn)彎工況下的變形軸測(cè)圖(b)急轉(zhuǎn)彎工況下的變形俯視圖圖1.14急轉(zhuǎn)彎工況下的變形云圖（2）急轉(zhuǎn)彎工況下的應(yīng)力云圖如圖1.8所示，最大應(yīng)力發(fā)生在車架右后輪懸架支撐點(diǎn)附近，通過觀察應(yīng)力云圖其最大應(yīng)力為155.25Mpa，小于許用應(yīng)力230Mpa，說明該工況下的最大應(yīng)力滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，并且左右圍下端也有應(yīng)力分布。根據(jù)應(yīng)力分布圖可知車底架中、后段應(yīng)力較小。圖1.8急轉(zhuǎn)彎工況下的應(yīng)力云圖1.5.3急轉(zhuǎn)彎工況結(jié)果分析通過觀察應(yīng)力分布云圖，不難發(fā)現(xiàn)最大應(yīng)力仍出現(xiàn)在車架后輪懸架支撐點(diǎn)附近，但均滿足車架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度需求。在該工況下車底架中段以及后段的應(yīng)力較小，有較大的優(yōu)化空間，以達(dá)到輕量化的目的。1.6四種工況結(jié)果對(duì)比根據(jù)以上四種工況下的靜力學(xué)分析結(jié)果，歸納以上數(shù)據(jù)如下表1.2。表1.2四種工況下各種參數(shù)對(duì)比表參數(shù)工況最大位移（mm）最大應(yīng)力（Mpa）安全系