第１Ｏ卷第４期 ２００８年１２月 辽宁师专学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｔｅａｃｈｅｒｓ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｖ０１．１０ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２ ０ ０ ８ 【应用研究】 ＤＦＡ６９２０ＫＢ０１Ｑ客车车身强度和刚度分析 姚 杰 （辽阳职业技术学院，辽宁辽阳１１１０００） 摘要：以ＤＦＡ６９２０ＫＢ０１Ｑ型大客车车架的有限元模型为基础，结合客车在实际运行时的典型工况，确 定相应载荷及约束条件的施加，通过计算结果分析车架的结构强度和剐度． 关键词：车架；有限元模型；强度；刚度 中图分类号：ＴＨ１２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—５６８８（２００８）０４—００８１一Ｏ４ 车架将发动机、底盘和车身等各个主要组成部分连成一个整体，是汽车的关键承载部件，它承受的载 荷包括汽车自身的质量和行驶时所受到的冲击、扭曲、惯性力等．车架设计和校核以前多采用简化力学模 型，且主要考虑静力分析，由于车架的结构和受力的复杂性，合理的设计目标很难实现．随着计算机的快 速发展，国内汽车行业将有限元技术应用于车架强度计算，但汽车的行驶工况非常复杂，不可能完全模拟 实际行驶过程中的所有工况．因此，本文着重分析客车车架在匀速、扭转、紧急制动、急速转弯等几种典 型工况下的承受载荷情况和变形情况，所得结果可直接用于汽车设计的改进和性能评价． １匀速直线行驶工况 匀速直线行驶工况的计算主要是对客车满载状态下（也称满载纯弯曲工况）四轮着地时的结构抗弯强度 进行校核，可以了解客车在良好路面下匀速直线行驶时的应力分布和变形情况．用车身骨架质量和载荷乘 以动载系数（本文动载系数取２．５），方向竖直向下，以 模拟客车在此工况产生的对称垂直动载荷．在分析 时，为了防止车身刚体位移淹没车身的弹性位移，所 选择的工况在弯曲工况的基础上忽略钢板弹簧、轮胎 的刚度和前、后桥的重量…． 有限元分析模型的４个支承点分别取在对应车轮 ８２０Ｅ．１０ ３３ ９６９ ６７ ９３８ ｌ０ｌ ９０７ Ｉ３５ ８７５ 的轴心，工况分析可以只约束４个支承点处在整体坐 １６ ９８４ ５０９５３ ８４ ９２２ ｌｌ８ ８９１ 标系中的ｚ方向的平动自由度．如图１为匀速直线行 图ｌ匀速直线行驶工况下车架的结构强度和刚度分析 驶工况下车架的结构强度和刚度分析图． ２扭转工况 扭转工况的计算主要考虑一轮悬空时施加在车架上的扭矩的 表１ 扭转工况下车身各部分最大应力统计表 作用．根据客车实际行驶情况，一般考虑左、右前轮分别悬空． 名称左前 帕‘ 扭转工况下载荷的处理方式与车身静弯曲工况相同．模拟 悬空 某轮悬空的方法是：释放悬空轮的全部自由度约束，约束其它 ３个支承点的相应平动自由度 ．图２～７（见８２页）为左扭 转工况下车架的结构强度和刚度分析图．图８～１３（见８２、８３ 页）为右扭转工况下车架的结构强度和刚度分析图．表１为扭 转工况下车身各部分最大应力统计表． ３紧急制动工况 紧急制动工况的计算主要考虑：当客车以最大制动加速度０．７ｇ制动时，地面制动力对车身的影响． 载荷处理与静态弯曲工况基本相同．约束的处理方法是：约束４个支承点处的全部ｚ方向的平动自由度， 收稿日期：２００８一ｌ０—０３ 作者简介：姚杰（１９７２一），女，辽宁辽阳市人，讲师，主要从事机械、汽车工程方面研究 辽宁师专学报 ２００８年第 ４期 约束前后轮支承点的ｘ方向的平动自由度．图１４～１７（见８３页）为紧急制动工况下车架的结构强度和刚 度分析图． Ｉ Ｊ ｌ ： ｊ， 、 一ｒｌ、 Ｌ ＼＿＼ ｛ ．Ｅ互二＝ ２６３Ｅ．０８ ２９ ２４１ ５８４８３ ８７ ７２４ ｌ１６ ９６５ Ｏｌ０２６１ ２７ ６１７ ５５ ２２５ ８２ ８３２ ｌｌ０ ４３９ ｌ４ ６２ｌ ４３ ８６２ ７３ ｌＯ３ １０２ ３４５ ｌ３ ８ｌ４ ４１ ４２ｌ ６９ ０２８ ９６ ６３５ 、图２左扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车左侧） 图３左扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车右侧） ７８０Ｅ．１０ ２７ ４０９ ５４ ８ｌ７ ８２ ２２６ ｌ０９ ６３５ ０３７５７５ ｌ７ ５３５ ３５ ０３３ ５２ ５３ｌ ７０ ０２８ １３ ７０４ ４１ Ｉｌ３ ６８．５２２ ９５．９３ ８ ７８６ ２６ ２８４ ４３ ７８２ ６ｌ ２８ 图４左扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车底部） 图５左扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（纵、横梁连接） ．２６３Ｅ－Ｏ８ ｌ５ ５７９ ３１．１５７ ４６．７３６ ５２ ３１５ ０１０２６１ １２ ４３ｌ ２４ ８５２ ３７ ２７２ ４９ ６９３ ７．７８９ ２３．３６８ ３８．９４７ ５４．５２６ ６ ２２ｌ １ ８．６４１ ３１．０６２ ４３．４８３ 图６左扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车前侧） 图７左扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车后侧） ２０５Ｅ－ｌ０ ｌ３ ２９８ ２６ ５９５ ３９ ８９３ ５３．１９１ ０Ｏ１９９２ ｌ２ ８６２ ２５．７２ｌ ３８ ５８ｌ ５１．４４ ６６４９ ｌ９９４７ ３３ ２４４ ４６．５４２ ６４３２ １９ ２９ｌ ３２ ｌ５ｌ ４５ ０１Ｉ 图８右扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车左侧） 图９右扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车右侧） ７Ｉ８Ｅ．０３ ７．８３２ ｌ５．６６３ ２３ ４９４ ３１ ３２５ ５４３Ｅ－０９ １２ ２９ｌ ２４．５８２ ３６ ８７３ ４９ １６３ ３ ９ｌ６ ｌｌ ７４８ ｌ９．５７９ ２７４ｌ ６ １４５ ｌ８ ４３６ ３Ｏ．７２７ ４３．０ｌ８ 图ｌＯ右扭转工况下车架的结构强度和刚度分析 图１１右扭转工况下车架的结构强度和刚度分析 （客车纵、横梁连接） （客车底部） 姚杰 Ｃ ９２０ＫＢＯｌＱ客车车身强度和刚度分析 ８３ ２０５Ｅ．１０ ５ ６９２ ｌ３．３８４ ２０．０７６ ２６．７６７ ０２５９３８ ７．２９ １４ ５５４ ２１．８１８ ２９ ０８ｌ ３ ３４６ ｌ０ ０３８ ｌ６ ７３ ２３ ４２ｌ ３ ６５８ １０．９２２ １８ ｌ８６ ２５４５ 图１２右扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车前侧） 图ｌ３右扭转工况下车架的结构强度和刚度分析（客车后侧） ３４３Ｅ－０９ ５ ８７９ １１ ７５８ １７．６３７ ２３ ５１５ ８５５Ｅ．０３ ６３２４ １２ ６４７ １８ ９７ ２５ ２９３ ２ ９３９ ８ ８１８ ｌ４．６９７ ２０．５７６ ３ ｌ６２ ９ ４８５ ｌ５ ８０８ ２２．１３１ 图１４紧急制动工况下车架的结构强度和刚度分析 图ｌ５紧急制动工况下车架的结构强度和刚度分析 （客车左侧） （客车右侧） ００ｌ５７５ ９ ６４８ ｌ９．２９５ ２８．９４２ ３８．５８８ ００５３５３ ｌＯ ４５４ ２０ ９０３ ３１．３５３ ４１ ８０１ ４ ８２５ １４ ４７２ ２４．１１８ ３３，７６５ ５．２３ １５ ６７９ ２６ １２７ ３６ ５７６ 图１６紧急制动工况下车架的结构强度和刚度分析 图ｌ７紧急制动工况下车架的结构强度和刚度分析 （客车纵、横梁连接） （客车后侧） ４急速转弯工况 急速转弯工况的计算主要考虑：当客车以最大转向加速度０．４ｇ转弯时，惯性力对车身的影响．载荷 处理的方法同紧急制动工况类似，只是将纵向的制动力影响改为横向的惯性力影响，制动加速度０．７ｇ改 为向心加速度０．４ｇ，用于模拟转向惯性力对车身的影响 ． 约束的处理：约束各支承点处的ｚ方 表２四种典型工况下车身各部分最大应力统计表 向的平动自由度，放松所有的转动自由度． 如图１８、图１９为左急速转弯工况下车架的 结构强度和刚度分析图．图２０、图２１为右 急转弯工况下车架的结构强度和刚度分析 图．表２为４种典型工况下车身各部分最大 应力统计表． 结果表明，该车身骨架的强度有足够 的余量．需要强调的是，在扭转工况下，车身各部分的最大应力都出现在左前轮悬空的工况下，原因主要 是该车型结构上的不对称造成的．急速转弯工况的最大应力是综合考虑了两种不同情况而得出的结果． 实际上，本模型由于略去了蒙皮和非承载构件的影响，因此所计算的车身强度和刚度比实际偏低．从 节省材料的角度来说，应当可以对其结构进行优化．在该车型的前后轴距基本不变、车门位置不变的情况 辽宁师专学报 ２００８年第４期 下，可以合理安排载荷的分布位置，根据计算所得到的结果，适当调整车身骨架各梁的截面形状和尺寸，改 变梁截面的惯性矩，尽可能满足各处等强度和等扭转刚度要求，以达到充分利用材料、降低整车重量目的． ００２９３９ ７ ００５ １４ ００８ ２１ ０ｌ ２８．０１３ ３ ５０４ ｌ０ ５０７ ｌ７ ５０９ ２４ ５ｌ２ ６０５Ｅ－０９ ６．８５１ １３ ７０１ ２０ ５５２ ２７ ４０２ ３４２５ １０．２７６ １７ １２７ ２３ ９７７ 图１８左急速转弯工况下车架的结构强度和刚度分析 （客车右部） 图１９左急速转弯工况下车架的结构强度和刚度分析 （客车左侧） ０ｌ６８９７ ７ ５５３ ｌ５ ０８９ ２２ ６２５ ３Ｏ １６１ ３．７８５ ｌ】３２ｌ １８ ８５７ ２６ ３９３ ２４８Ｅ－Ｏ９ ６ ９６４ ｌ３ ９２８ ２０ ８９３ ２７ ８５７ ３ ４８２ １０４４６ ｌ７４ｌ ２４ ３７５ 图２Ｏ右急转弯工况下车架的结构强度和刚度分析 （客车右侧） 图２ｌ右急转弯工况下车架的结构强度和刚度分析 （客车左侧） 参考文献： ［１］李浩月，周田朋，刘相新．ＡＮＳＹＳ工程计算应用教程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００３． ［２］高卫民，王宏雁．汽车结构分析有限元法［Ｊ］．汽车研究与开发，２０００，（６）：３０—３２． ［３］冯国胜，贾素梅．轻型车有限元分析及应用［Ｊ］．机械强度，１９９６，１８（２）：７８—８１． （责任编辑胡 坤，于海） （上接２６页） 平衡体系内各成分含量的影响，先只看体积的变化引起的后果（此时不考虑平衡移动），再看实际情况与此 后果的差异来分析平衡移动的情况． ３．２．３假想反应进行的过程 在相同容积的多个容器中（反应的其它条件都相同）进行同一个可逆反应，并设想建立同一个平衡状 态，充料方法有很多种，可以只充反应物，也可只充生成物，还可以两者都充，例如向恒容密闭容器Ａ 内充入１ ｍｏｌ Ｎ２、３ ｍｏｌ Ｈ２，发生反应： Ｎ２（ｇ）＋３Ｈ２（ｇ） ２ ＮＨ３（ｇ） 一定条件下建立平衡状态，要求在另一恒容密闭容器Ｂ（容积与Ａ相同）内充人ｎ ｍｏｌ Ｎ 、ｂ ｍｏｌ Ｈ２、 ｃ ｍｏｌ ＮＨ 后，在相同的条件下建立与Ａ容器内完全相同的平衡状态，ａ、ｂ、ｃ之间必须符合一定的代数 关系式，其建立难度很大． 思考方法：从Ａ容器的起始状态开始反应，每过一段时间Ｎ 和Ｈ２都有剩余量，ＮＨ３有生成量，如 反应进行到ｌ ｈ测得Ｎ 、Ｈ：分别剩余０．８ ｔｏｏｌ、２．４ ｍｏｌ，ＮＨ，生成０．４ ｔｏｏｌ；当反应进行到３ ｈ测得Ｎｚ、 Ｈ＇分别剩余０．６ ｍｏｌ、１．８ ｍｏｌ，ＮＨ 生成０．８ ｔｏｏｌ；依此一直到平衡状态，如果在Ｂ容器内充入０．８ ｍｏｌ Ｎ，（即日）、２．４ ｍｏｌ Ｈ，（即ｂ）、０．４ ｍｏｌ Ｎｉｌ （即Ｃ），则Ｂ容器内的反应势必达到与Ａ容器内完全相同的平衡 状态．同理，若把０．６ ｍｏｌ Ｎ，、１．８ ｔｏｏｌ Ｈ，、０．８ ｔｏｏｌ ＮＨ３充入Ｂ容器，将仍然可以达到与Ａ容器相同的一个 平衡状态．根据化学方程式的计量数可列出代数式：ａ十０．５ｃ＝１，ｂ十１．５ｃ＝３． 思维模型：从已知容器的起始状态开始，一直到平衡状态的每个时刻，各物质都有相应的物质的量， 分别用ｎ、ｂ表示某一时刻反应物的剩余量，而ｃ就是此刻生成物的生成量，再根据化学方程式的计量数 比列出相应的代数式即可． （责任编辑王心满，于海）
