談雙排輕卡駕駛室結(jié)構(gòu)力學(xué)性能仿真

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摘要：文章基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)，靜強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度分析，結(jié)果顯示，此雙排輕卡駕駛室前四階模態(tài)有效避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率，而扭轉(zhuǎn)剛度滿足設(shè)計目標(biāo)，同時，雙排駕駛室四工況下最大塑性應(yīng)變達(dá)成設(shè)計目標(biāo)，綜合評估該雙排輕卡駕駛室力學(xué)性能符合設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：雙排輕卡；駕駛室；力學(xué)性能

1引言

隨著國家電子商業(yè)和城市物流行業(yè)的飛速發(fā)展，商用車輕卡銷量得到迅猛增長，由于其經(jīng)濟(jì)性和便利性，已經(jīng)成為運(yùn)輸快遞件等商品的必然選擇[1-2]。與此同時，城市物流和城際運(yùn)輸對于可乘坐多人的輕卡的需求也日益增大，因此開發(fā)符合市場需求的雙排輕卡具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，目前輕卡行業(yè)駕駛室主要形式為平頭駕駛室，駕駛室本體結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度需保證設(shè)計目標(biāo)要求，其對乘員的安全保障有著直接決定性影響[3-5]，因此，研究雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)力學(xué)性能具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會價值。本文基于有限元法，采用Hyperworks和ABAQUS軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)分析，得到其前四階模態(tài)，均有效避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率，同時進(jìn)行了該駕駛室的扭轉(zhuǎn)剛度分析，得到其扭轉(zhuǎn)剛度滿足設(shè)計目標(biāo)，最后，進(jìn)行了雙排駕駛室CAE強(qiáng)度分析，在輪胎對扭工況，上抬工況，轉(zhuǎn)彎工況下，駕駛室最大塑性應(yīng)變均小于目標(biāo)值，綜合評估該標(biāo)載雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)力學(xué)性能符合設(shè)計目標(biāo)。

2雙排駕駛室CAE模態(tài)分析

2.1雙排駕駛室有限元模型

本文采用Hypermesh軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了建模，網(wǎng)格大小6mm，白車身鈑金材料為常見的DC系列，彈性模量E為210000MPa，玻璃材料彈性模量為71000MPa，泊松比為0.25，前風(fēng)窗玻璃與鈑金采用玻璃膠固聯(lián)，玻璃膠采用Seam單元模擬，點(diǎn)焊單元選擇Spot單元，雙排駕駛室系統(tǒng)重量270kg，有限元模型如圖1所示。

2.2雙排輕卡駕駛室CAE模態(tài)分析

本文對某商用輕卡駕駛室進(jìn)行了CAE模態(tài)分析，模態(tài)計算截取頻率段為0-55Hz，得到圖2所示的該駕駛室前四階頻率和振型，其中一階模態(tài)頻率為24.1Hz，為駕駛室一階彎曲模態(tài)振型，二階模態(tài)頻率為25.1Hz，為駕駛室扭轉(zhuǎn)模態(tài)振型，三階模態(tài)頻率值為30.8Hz，為駕駛室呼吸模態(tài)振型，四階模態(tài)頻率值為31.5Hz，為駕駛室頂棚局部模態(tài)振型，前四階模態(tài)都避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率25.6Hz，達(dá)成設(shè)計目標(biāo)。

3雙排駕駛室CAE強(qiáng)度分析

本文對某商用雙排輕卡駕駛室進(jìn)行了強(qiáng)度分析，邊界載荷為車身硬點(diǎn)處載荷，采用慣性釋放法，分析工況為車輪上抬工況，扭轉(zhuǎn)工況，轉(zhuǎn)彎工況，強(qiáng)度模型如圖3所示。本文按照上述強(qiáng)度三個工況，對駕駛室進(jìn)行強(qiáng)度分析，得到如圖4所示的應(yīng)變計算結(jié)果，在Case1車輪上抬工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.16%，在Case2對扭工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.36%，在Case3轉(zhuǎn)彎工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.20%，均滿足設(shè)計目標(biāo)要求（最大塑性應(yīng)變PEEQ<0.3%）。本文同時對該駕駛室進(jìn)行了開口變形分析，選擇如圖5所示的變形測點(diǎn)位置，統(tǒng)計在上述轉(zhuǎn)彎工況、上抬工況和對扭工況下的變形量，得到表1的分析結(jié)果，從表中可以推出此雙排駕駛室各測點(diǎn)變形量都小于目標(biāo)設(shè)計值，達(dá)成設(shè)計目標(biāo)。

4駕駛室CAE剛度分析

本文對某商用雙排輕卡駕駛室進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)剛度分析，加載邊界條件如圖6所示，約束駕駛室前連接點(diǎn)和后安裝點(diǎn)右側(cè)全部自由度，在后安裝點(diǎn)左右側(cè)分別施加載荷大小F=1500N，測量加載點(diǎn)Z向位移。本文按照上述邊界條件進(jìn)行分析加載后，得到如圖7所示的雙排駕駛室扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果，其中左側(cè)測量點(diǎn)Z向位移為2.41mm，右側(cè)測量點(diǎn)Z向位移為2.42mm，經(jīng)過計算得到此雙排輕卡駕駛室扭轉(zhuǎn)剛度值T=7058Nm/deg，滿足設(shè)計目標(biāo)（T>6500Nm/deg）。

5結(jié)論

本文基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對某雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)，靜強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)剛度分析，結(jié)果顯示：（1）雙排駕駛室前四階模態(tài)振型分別為一階彎曲模態(tài)，二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)，三階呼吸模態(tài)，四階頂棚局部模態(tài)，其頻率值均有效避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率；（2）雙排駕駛室在車輪上抬工況，對扭工況，轉(zhuǎn)彎工況下，其最大塑性應(yīng)變值遠(yuǎn)小于0.3%，滿足設(shè)計目標(biāo)；（3）雙排輕卡駕駛室扭轉(zhuǎn)剛度值T=7058Nm/deg，滿足設(shè)計目標(biāo)（T>6500Nm/deg）；（4）綜合評估本文研究對象雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)力學(xué)性能符合設(shè)計目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[5]黃勤.基于LS-dyna的某輕卡駕駛室正面碰撞安全性能研究[J].南方農(nóng)機(jī),2020,11(1):25-29.

作者：郭浩 黃勤 孫麗娟 劉剛 單位：江西五十鈴汽車股份有限公司