hff6137k86型客车骨架静动态有限元分析

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1、HFF6137K86型客车骨架静动态有限元分析第4期客车技术与研究BUSTECHNoLoGYANDRESEARCHHFF6137K86型客车骨架静动态有限元分析汪中传,周涛,李锦锦(安凯汽车股份有限公司,合肥230051)摘要:建立全承载客车骨架的有限元壳单元模型,分析其静力,模态,频率响应和疲劳寿命.关键词:全承载客车;有限元;静动态分析;HFF6137K86中图分类号:U463.831文献标识码:A文章编号:1006—3331(2010)04—0017-03FiniteElementsAnalysisofStaticandDynamicforHFF61

2、37K86CoachFrameWANGZhong—chuan,ZHOUTao,LIJin—jin(AnhuiAnkaiAutomobileCo.,Ltd,Hefei230051,China)Abstract:TheFEA(finiteelementsanalysis)modelisestablishedforcoachmonocoqueframe.Theanalysisonstatic,mode,frequencyresponseandfatiguelifearecarriedon.Keywords:monocoquecoach;finiteelement

3、s;staticanddynamicanalysis;HFF6137K86HFF6137K86型客车是我公司批量出口的特大型全承载式客车.全承载式车身骨架由矩形管和异形管焊接而成,形成封闭式"鸟笼"结构,以达到车身骨架各梁均匀受力的效果.所以分析该车身结构的静动态特性非常重要.该车身是一个非常复杂的板壳结构,不可能应用简单的力学公式直接计算,而必须把其离散化,利用NXNASTRAN有限元软件进行计算分析,并得出结果.1前处理1)模型简化.在建模过程中遵循以下原则:建立所有结构件的有限元模型;因为功能性结构只贡献质量而不贡献刚度,所以功能性的有限元模型暂不考

4、虑;考虑到该模型主要用于骨架结构可靠性分析,在模型中考虑了焊点的连接关系,但并不细究焊点本身的应力水平;没有考虑悬架对模态性能的影响.2)网格划分.在UG软件中建立三维几何模型,抽取中面,在AdvancedSimulation模块进行有限元前后处理.根据车身结构特点,有限元模型大部分采用二维四节点(QUAD4)和二维三节点(TRIA3)壳单元;安装车桥的极少数零件,采用四面体(TRIAl0)单元.相对于以往的梁单元模拟,不仅提高局部区域作者简介:汪中传(1973一),男,高级工程师.的精度,还可提高模态分析的准确度.客车骨架模型单元总数为588435;节点

5、总数为553109.3)边界条件等的处理.车身材料为16Mn;车架上所有的铆钉连接和螺栓连接采用刚性单元(RBE2或RBE3)模拟;汽车零部件(包括乘客和驾驶员)以集中质量的形式引入(CONM2),而乘客和驾驶员则通过刚性单元加到座椅支撑点(面)上.汽车底盘零部件以集中质量的形式在其质心处载入;其余相应的装配件质量以均布力的方式加载.其中驾驶员和乘客以83kg/A(澳洲标准)加载到座椅连接到底架上.在8个气囊的安装位置对自由度进行约束.2静动态分析2.1静力分析1)静力分析模拟汽车满载静止和匀速行驶时的工况.满载受力状况包括最大乘员数量,最大行李承载质量等

6、.除绕车轴中心线旋转以外的自由度全部约束.导入NXNASTRAN软件进行求解运算.分析结果显示,最大位移8.20mm,位于卫生间安装支架位置;最大应力为460MPa,大于16Mn的屈服极限345MPa,位于驾驶员座椅安装位置.显然该处的结构需要调18客车技术与研究2010年8月整.位移较大的区域有顶盖空调安装位置6.73mm.2)提出如下改进方案:驾驶员座椅支架处焊接厚度为3mm的钢板与侧围横梁连接;在厕所支架与侧围底梁之间焊接壁厚为2nllTl的矩形管以支撑;将顶盖的横梁4料厚从2mm改为3mm.改进后最大位移为5.88mm,位于顶盖空调安装位置;最大应

7、力129MPa,位于后桥与侧围连接处.2.2模态分析汽车车身是一个多自由度振动系统,在行驶中会收到多方的激励.当激励频率接近车身整体的固有频率时有可能产生共振,这对于采用焊接工艺的车身来说,危害是相当大的.通过模态分析,可以确定整车的固有频率分布.通过设计改进,使得激励频率尽量避开整车共振频率区域.考虑到外部激励多处于低频区域,所以此处取前10阶模态值.结果见表1.表1各阶模态值阶次频率(Hz)模态6.962侧围扭弯7.857整体扭转9.646后围底部扭转四11'35五11.53后轮挡泥板支架管振动/,12.15整体弯曲模态七13.39八14-32后轮挡泥

8、板支架管振动九14.43左侧围和顶盖局部振动十15.O3后轮挡泥板