基于Hypymesh的公交车承载式车身静强度分析

沈宏 信轲

摘 要：文章以某公交车车架为研究对象，在solidworks中建立三维实体模型，然后导入Hypymesh中建立有限元模型，进行车身静强度分析。分析结果显示，该公交车车架的静强度后右轮扭转工况应力最大，非常接近车架材料的屈服极限，安全系数偏低，可考虑对此处结构进行改进。可见对车身预先进行静强度分析，可以有效避免各工况下由于车身强度不足而导致的车辆受损。

关键词：公交车车架;Hypymesh;有限元;静强度分析

中图分类号：G712  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）19-85-03

The Static Strength Analysis of Bus Load-bearing Body Based on Hypymesh

Shen Hong， Xin Ke

（ School of Automotive Engineering， Jiangsu Vocational College of Information Technology， Jiangsu Wuxi 214153 ）

Abstract： Taking a bus frame as the research object， build 3D solid models on solidworks， then import Hypymesh to establish finite element model and carry out static strength analysis. Results show that the stress of the right wheel torsion condition after the static strength of the bus frame is the largest， which is very close to the yield limit of the frame material， and the safety factor is low. Therefore， it can be considered to improve the structure at this point. the static strength analysis in advance can effectively avoid the vehicle damage caused by the insufficient strength of the vehicle body under various working conditions.

Keywords： Bus frame; Hypymesh; Finite element; Static strength analysis

CLC NO.： G712  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）19-85-03

引言

強度即为构件可以承受规定范围的载荷的作用而不会发生破坏的能力。任何机械机构，工作时都需抵抗载荷的破坏，实现正常的工作运转。通过静强度分析，可以有效针对其结构进行分析与改进。

公交车车架结构复杂，在路面行驶时，工况也非常复杂，会受到各种载荷对车架的结构产生疲劳破坏。所以，汽车结构在设计时就必须考虑到车架在受到各种工况的载荷作用也不会发生失效变形，保证能在载荷允许承受范围内不产生疲劳破坏。因此，车架的强度对整车骨架的影响非常重要。本文将对某公交车车架进行静强度分析，计算车架在不同工况下的应力施加情况，为车架设计的合理性提供依据。

1 有限元模型建立

1.1 几何模型与材料参数

如图1所示，为公交车车架模型，整车尺寸为：长x宽x高=11350x 2240x 2800/2950（空调）mm，采用全承载式车身结构，以方管为主。其中车身采用55x55x3钢管，底边大梁为75x55x6钢管，其材料详细信息见表1。

全车质量：全车管梁为全钢结构，钢材密度为7850kg/m3;车窗玻璃：前挡厚度6 x10-3m，侧面玻璃厚度5x10-3m，总面积24.25m2，密度2500kg/m3，总质量为318kg;车底防护层总面积24.64m2，密度7.4 kg/m2，总质量为182kg;乘客座椅每个7kg，32个，总质量为224kg;全车整备质量为9395kg，如表2所示。

1.2 网格划分及前处理

由于车身长度与厚度比例差距很大，所以采用梁单元建立有限元模型较为合理。本文划分网络时采用25mm的单元尺寸，共创建24886个单元，以正变形网格为主。

2 车架静强度分析

2.1 载荷施加

电动公交车车架的具体载荷施加方式：

（1）通过在Load Collector建立GRAV属性的卡片，然后定义方向沿Y轴垂直向下的重力加速度作为车架自重的模拟，加速度值为9.8m/s2。

（2）车内的前后、侧围的车窗、座椅、地板及乘客的重量都可以作为看做沿Y轴垂直方向向下均布载荷作用在车架纵梁上。

（3）电机、变速箱、空调、控制器等以集中载荷的方式根据其质心位置垂直向下作用，通过建立RBE3单元施加到各自的安装支座上。如图2所示。

2.2 车架弯曲工况分析

为尽可能得到汽车在此工况行驶中的准确的弯曲工况分析结果，需要对车架设置边界条件，也即添加约束。约束部位应选取钢板弹簧上，对于公交车来说，可以忽略钢板弹簧，即施加在纵梁上。

在Hypermesh中建立loadstep分析步创建载荷和边界条件，最终可在Rodiss求解器中得到应力云图。如图3所示，为弯曲工况应力云图。

2.3 车架扭转工况分析

扭转工况对车架性能的考验最为明显，对车架损害巨大。本文采用悬空某一车轮的方法。对此需进行两种工况的分析，分别为对左前轮悬空和对右后轮悬空。

最终在Rodiss求解器中得到左前轮，右后轮悬空时的应力云图。

2.4 车架制动工况分析

公交车在城市道路行驶时，速度都不大，并且制动速度逐渐减小，此工况下的动载荷对车身影响非常小，本文取1.0的动载荷系数，0.8g的制动减速度。通过Radioss求解得到应力云图如图5所示。

2.5 车架转弯工况分析

转弯工况是指公交车横向加速度转弯时，车身骨架受力和变形情况。一般为纵向减速度和横向加速度所产生的力，为了计算城市道路的公交车此工况下的应力，取纵向减速度和横向加速度均为0.4g。制动时的动载荷系数0.4g。应力云图如图6所示。

2.6 結果分析

依据上述分析结果，对比材料的屈服极限，计算出了材料的安全系数，如表3所示。

由上表可知，右后轮扭转工况的最大应力为329Mpa，非常接近材料的屈服极限，存在安全风险，可以考虑此处结

构适当优化。

3 总结与展望

本文基于Hypymesh对公交车车架进行了静强度分析，得出该车车架在弯曲工况、左前轮扭转工况、右后轮扭转工况、制动工况、转弯工况这五种工况下的应力云图，有效地反应出了车架的强度状态，为车架的结构改进与优化提供了数据，消除安全隐患。

最后将得到的应力云图数据与车身材料的屈服强度对比，得到右后轮扭转工况安全系数偏低，需进行结构改进。

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