城市客車是我國城鎮居民最主要的交通工具。隨著城市的發展，城市人口數量大幅增加，市民活動範圍也大幅擴大，這對城市客車提出了更高的要求和需求。為此，廣汽集團研發了一款低地板一級踏步8m城市客車。
      該客車車架采用三段式結構，即分為前駕駛區域、中部乘客聚集區域以及後部發動機區域，如圖1所示。車身骨架主要由異型鋼管焊接而成。在設計之初，試驗樣車尚未定型，整體結構是否滿足強度要求無法掌握，因此，有必要借助有限元通過仿真CAE分析四種典型工況下的車身骨架和車架的強度，找出應力集中的區域，優化結構設計，降低結構應力，以達到強度要求。同時可以大大減少研發成本，提高設計效率。
      整個客車骨架模型用殼單元劃分網格，單元基本尺寸為10m左右，整個骨架共劃分722232個單元，751928個節點，其中四邊形單元717767個，三角形單元4465個，建模過程中將整體骨架劃分為7個模塊：前圍、後圍、左側圍、右側圍、車內扶手、頂棚和車架，如圖所示。通過模塊的劃分，一方麵可以增加協作性，項目組每個成員劃分一個部分的網格，然後整體連接；另一方麵可以減少模型連接的錯誤，在每個劃分的總成裏而獨立檢查模型，然後整體檢查模型的連接。
      有限元模型中，縫焊的模擬主要采用兩種方式：一種是節點共用，這種方式的精度很高，但是建模效率較低；另一種是采用剛性梁單元在縫焊位置連接相應的單元節點，這種連接方式不必要求節點嚴格對齊，可大大提高效率。本文主要采用共用節點的方式，對於部分接頭共用節點比較困難的則采用剛性連接。完整的有限元模型如圖所示。
      主要分析四種典型工況下的強度，通過約束懸架四個板簧中心點位置(見圖)來組合模擬各種工況。表1描述了四種工況，其中g表示重力加速度，約束的數字表明該位置的自由度方向，"1，2，3”分別表示X，Y，Z三個自由度方向，“一”表示該位置無載荷或者無約束。
      分別根據以上四種工況的載荷與邊界條件，提交Nastran分析，根據強度分析結果，找到整體結構中主要的應力集中區域。應力集中主要出現在以下區域。
      1)左、右側圍後立柱處。如圖5所示，在極限工況下，接頭位置最大應力超過300 MPa，而材料的屈服應力為240 MPa。其他工況中，應力也較大，此處設計存在較大風險。
      2)右側圍中門立柱連接處。中門位置由兩個立柱通過短梁搭接到車架上。經過四種工況分析，發現在彎曲、極限和轉彎工況下，門立柱連接位置均出現應力集中，最大應力均超過了300 MPa。如圖6所示，可見接頭處明顯出現應力集中。
      3)頂蓋上縱梁與橫梁搭接處。在極限工況和轉彎工況下，頂蓋縱梁與連接橫梁之間應力均超過了300MPa，超過材料的屈服極限。需要加強該位置的接頭設計，提高連接強度。圖7是該位置的應力結果，可見連接位置的應力集中比較明顯。
      4)車架後端，發動機安裝縱梁搭接處。發動機安裝在三段式車架的後端，整個自重完全由兩個縱梁來承擔，因此，承載梁的連接處應力較大。


                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│CAE分析│結構優化│技術服務與解決k8 kaifa
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