客

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第5期

车技术与研究

2013年10月No.52013

客车TECHNOLOGY技术与AND研究BUS&COACHRESEARCH

有限元分析在客车轻量化设计中的应用

苏

亮1,2，黄登峰2，吴长风2

（1.华侨大学机电及自动化学院，福建厦门361021；2.厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建厦门361023）

摘要：采用HYPERMESH软件建立某大型公路客车的有限元模型，对整车结构使用OPTISTRUCT软件进行有限元分析。依据分析结果，在保证整车结构运行刚度和强度的情况下，对整车结构进行轻量化设计。最后对轻量化结构进行侧翻分析和优化设计，以保证整车上部结构强度的侧翻安全性。关键词：大型客车；轻量化设计；有限元分析；结构优化

中图分类号：U462.2文献标志码：B文章编号：1006-3331（2013）05-0034-03

ApplicationofFiniteElementAnalysisonLightweightDesigntoCoaches

SuLiang1,2,HuangDengfeng2,WuChangfeng2

(1.CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,HuaqiaoUniversity,Xiamen361023,China;

2.XiamenKingLongUnitedAutomotiveIndustryCo.,Ltd,Xiamen361023,China)

Abstract：AfiniteelementmodelofacoachiscreatedbyHYPERMESHsoftware.Thenfiniteelementanalysisiscar-riedoutusingOPTISTRUCTsoftwareforthecoachstructure.Basedontheanalysisresults,thelightweightstructureisdesignedundertheguarantyofoperationstiffnessandstrength.Finallytherolloveranalysisandoptimizationdesigntothelightweightstructurearecarriedouttoensuretherolloversafetyofthestrengthforthesuperstructureofcoaches.Keywords:largecoach;lightweightdesign;finiteelementanalysis;structureoptimization伴随着全球资源的日趋紧张和环保压力的逐渐加大，客车轻量化技术作为节能环保行之有效的手段之一，已经在国内外各大客车企业和研究机构中引起了高度重视[1-2]。客车骨架轻量化应同时兼顾减重和安全性，通过基于有限元分析的结构优化改进，不仅可使客车的骨架重量减少，降低制造和运营成本，而且能保证结构的可靠性和安全性[3-5]。

本文基于HYPERWORKS有限元分析软件，针对某大型公路客车进行轻量化研究，建立起整车的有限元模型，并进行典型工况下的结构分析与优化改进，使结构受力更加合理，在满足可靠性和侧翻安全性要求的前提下，实现整车骨架减重500kg。

1.2单元数量与网格质量

客车模型中绝大部分网格采用壳单元，从模型计算的准确性以及提高计算效率两方面均衡考虑，网格大小选择15～20mm。按照一定的规则划分网格，所得到模型的节点数为473772，单元数为486309，其中四边形单元数为479742，三角形单元数为6567。三角形单元只占总数的1.35%左右，小于5%，因此，划分的网格符合质量要求。1.3施加载荷

在进行有限元分析时，需要对客车施加载荷，包括

材料20＃钢Q235钢Q345钢

1.1材料属性及典型工况

客车的骨架结构方钢包括20#、Q235及Q345钢（单位选：t-s-mm-MPa）。表1为所用方钢的材料特性。

表1方钢材料属性

密度/

（t/mm3）7.85E-097.8E-097.8E-09

泊松比0.30.30.3

弹性模

量/MPa206000210000210000

屈服极限/MPa245235345

强度极限/MPa410375470

1有限元模型

在大型公路客车的有限元建模阶段，首先根据二维工程图和实际结构形状建立UG三维几何模型。在尽可能如实地反映客车结构力学特性的前提下，在几何模型的建立过程中要通过几何处理，以尽量简化整车骨架结构[6-8]。

作者简介：苏亮（1980-），男，在读硕士研究生；工程师；车身室主任；研究方向：车身总体设计。