半承载式客车车身结构有限元分析

客车车身骨架结构有限元分析与研究一、本文概述随着汽车工业的快速发展，客车作为公共交通的重要工具，其车身骨架结构的设计与性能对于乘客的安全与舒适至关重要。

本文旨在通过对客车车身骨架结构进行有限元分析，深入探讨其结构特性、强度分布及优化策略。

我们将简要介绍客车车身骨架结构的基本构成和设计要求，为后续的分析与研究奠定基础。

接着，我们将详细阐述有限元分析的基本原理及其在客车车身骨架结构分析中的应用。

在此基础上，我们将通过具体的案例分析，展示有限元分析在客车车身骨架结构优化中的实际效果。

我们将总结本文的主要研究成果，并对客车车身骨架结构的未来发展趋势进行展望。

通过本文的研究，我们期望能为客车车身骨架结构的设计与优化提供有益的参考和指导。

二、有限元分析基础有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种数值计算方法，广泛应用于工程领域，用以求解复杂结构的静力学、动力学、热力学等问题。

该方法基于结构离散化思想，将连续体划分为有限数量的离散单元，每个单元通过节点相互连接，从而将整个结构的问题转化为离散单元的问题。

有限元分析的基础包括以下几个主要方面：单元类型与选择：有限元分析中的单元类型多种多样，包括一维杆单元、二维平面单元和三维实体单元等。

选择合适的单元类型对于分析结果的准确性至关重要。

在选择单元类型时，需要考虑结构的几何形状、材料特性、加载条件以及分析目的等因素。

材料属性：在有限元分析中，材料属性如弹性模量、泊松比、密度等对于计算结果的准确性至关重要。

这些属性通常通过实验测定或通过材料手册获得，并需要在分析前进行准确设置。

边界条件与加载：边界条件是指结构在分析过程中受到的约束条件，如固定支撑、铰链连接等。

加载是指结构所承受的外力或外部作用，如静力、动力、温度等。

正确设置边界条件和加载是确保分析结果正确性的关键。

求解方法与后处理：有限元分析的求解方法包括直接法、迭代法等。

求解完成后，需要对结果进行后处理，包括提取数据、绘制图表、进行参数优化等。

基于有限元的某承载式客车车身结构静态特性分析摘要：在调研国内外相关研究的基础上，结合全承载式客车的特点，建立了某型客车车身骨架有限元模型，并进行实验验证，运用验证的模型分析静态工况下客车车身骨架的强度及刚度特性。

关键词：车身骨架有限元强度分析刚度分析中图分类号：u463 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0108-01客车车身结构设计的主要任务是确保车体具备一定的刚度、强度和相应动态性能以满足实际使用的需求[1]。

本文运用有限元法，采用ansys软件建立了某承载式客车车身骨架有限元模型，通过实车静态应变测试验证了模型的精确性。

最后，运用所建立的模型分析该型客车在整车装配条件下各部件、总成的应力分布及车身变形情况[2]。

1 有限元模型的建立1.1 模型的简化有限元分析过程中，几何模型在尽可能如实反映整车结构主要力学特征的基础上应对模型进行适当简化[3]以提高分析的效率，忽略某些对整车应力分布和变形影响较小的小尺寸结构，如：小孔、开口、翻边等；忽略车身蒙皮的影响；将空间曲梁简化为直梁并建立等效的悬架系统。

1.2 几何模型的生成将车身ug模型导入ansys软件中，生成三维几何模型。

1.3 材料属性的确定该型客车的车身骨架采用的是16mn，16mn的材料参数如表1所示，材料参数的单位均已经换算为单位制kg-mm-s。

1.4 载荷处理汽车在行驶过程中是受交变载荷作用的，当动载荷较小时，只需进行静态分析。

此时，发动机、车窗玻璃、乘客质量可按集中载荷加载到相应的支撑结点上；行李舱内放置的行李及顶盖上的空调可按均匀加载方式，均匀分布到车身骨架对应的梁单元上。

2 静态电测实验及有限元模型验证对加载后的模型进行求解计算，选取模型中应力较大的地方并根据实际经验确定布点方案，布置70个测点。

对实车进行静态电测试验，静态试验所测得的值和模型有限元分析结果通过对比，80%多的测点理论计算值与试验结果相对误差都在允许范围内。

第30卷第4期 2007年4月合肥工业大学学报(自然科学版)JO U RN AL O F H EFEI U N IV ERSIT Y OF T ECH N OL O GYVol.30No.4 Apr.2007收稿日期:2006 03 26;修改日期:2006 08 21基金项目:安徽省十一五重点资助项目(06012082B)作者简介:高玉华(1963-),男,安徽阜阳人,合肥工业大学副教授,硕士生导师;张代胜(1962-),男,安徽青阳人,合肥工业大学教授,硕士生导师.半承载式客车车身骨架有限元建模和分析高玉华, 李华香, 张代胜(合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009)摘 要:文章在建立半承载式车身骨架板梁有限元模型的基础上,对车身骨架的强度、动态(模态)性能进行分析及静动态强度试验,建模中采用变截面梁,以便真实地模拟车身受力情况;结果表明有限元模型精度较高,骨架强度满足要求,存在优化空间,为轻量化提供参考依据。

关键词:半承载式车身;有限元方法;强度分析;模态分析;强度试验中图分类号:U 462.2 文献标识码:A 文章编号:1003 5060(2007)04 0493 05Finite element modeling and analysis of the semi integral bus body frameGAO Yu hua, LI H ua x iang, ZH ANG Dai sheng(S chool of M achin ery and Automobile Engineering,H efei University of Techn ology,H efei 230009,China)Abstract:The finite element(FM)models of the beams and plates and the FM m odel of the w ho le vehi cle are established.Streng th and mo dal analysis o f the frame is car ried o ut based o n exper im ents and calculations.The static strength test results pr ove that the FE model has good analy tical precision.The str ength o f the frame meets the requirements,and the bus bo dy structure can be lightened fur ther.Key words:sem i integral bus body;finite element m ethod;strength analysis;modal analy sis;streng th test随着CAE 技术不断发展,有限单元法(Fi nite Elem ent M ethod,FEM )逐渐在大客车车身骨架设计中得到应用。

汽车科技第６期２００７年１１月客车车身骨架是汽车所有总成的载体，骨架受力复杂，几乎承受着客车的所有动静态载荷，骨架结构的好坏及载荷分配是否合理是汽车设计成功与否的关键之一［１］。

由于骨架结构和受力的复杂性，以往仅采用简化的力学模型对骨架进行静态强度校核，分别采用弯曲和扭曲工况进行分析车身各零部件能否满足各种恶劣工况的使用要求，从而找到车身薄弱环节为车身设计提供依据［２－４］。

但以上分析中建立的模型所采用的单元比较单一，不能完全反应车身骨架的实际情况。

与全承载式结构相比，半承载式骨架结构由于采用了大量的冲压板结构，使结构变得更为复杂。

建立车身有限元模型时应如实反映车身实际结构的重要力学特性，保证较高的计算精度。

有限元分析计算结果可信度的高低，直接受分析模型、载荷处理、约束条件和实际工程结构力学特性符合程度的影响，若有失误则会造成很大误差，严重时将使计算、分析失败。

１几何模型的建立１．１模型简化客车车身上的一些非承载部件对骨架结构的变形和应力分布影响很小，而对问题的求解规模和准确性有着很大的影响。

因此需要对模型进行如下简化［３］：（１）省略非承载件：对于某些方便使用和辅助承载而设置的构件（如扶手、制动踏板支架、仪表盘、支座、裙部等），由于其对整车的变形和应力分布影响较小，可忽略；（２）主从节点原则：出于对结构模型病态问题的考虑，对于位置较近的构件结合点则采用适当合并或“主从节点”的方式处理，避免实际计算中可能会导致的方程病态；（３）蒙皮处理：蒙皮对骨架刚度加强作用甚微，本文忽略应力蒙皮的加强作用；（４）曲杆简化为直杆：如可把顶盖横梁、前风窗下横梁等曲杆可简化成若干直杆。

１．２几何模型的建立将车身结构划分为外围（前后围、左右侧围、顶盖）、地板（司机地板、前中后地板）及底架（底架前段、底架中段、底架后段）３大总成。

各零部件之间的连接装配主要以点焊方式完成；外围和底架则是采用特殊锲型钢板结构和螺钉方式连接的。

城市客车车身骨架有限元分析及改进设计*岳凤来吴志新周荣（中国汽车技术研究中心，天津300162）Finited element Analysis and improvement design of a urban bus body frameworkYUE Feng-lai ，WU Zhi-xin ，ZHOU Rong（China Automobile Technology And Research Center ，Tianjin 300162，China ）文章编号：1001-3997（2009）06-0049-03【摘要】分析了城市客车车身骨架有限元模型的建立方法，以梁壳混合单元建立某6108大客车车身骨架有限元模型，完成了车身静力特性分析。

主要分析了静态弯曲工况（匀速直线运动）、静态扭转工况（通过扭曲路面）、紧急制动工况、紧急转弯工况的应力变形情况。

还完成了车身模态特性分析，主要分析自由状态下整车的前六阶振型图。

对整车各部分骨架提出的轻量化方案使整车骨架质量降低6.53%，但没有增加应力变形水平。

关键词：客车车身；有限元；静力学；模态；改进设计【Abstract 】Finited Element Model establishing method of urban bus is analysised.The finited ele －ment model of a 6108bus is established with the beam-shell mixed element ，complete the static perfor －mance analysis of body structure.This thesis analyzes stress and distortion of body structure ；the situations are static bending ，static retortion ，emergency braking and turning.This thesis also complete the mode analysis which analyzes the first six vibrancy distortion graphic under free restriction.The lightweight pro －gram of the body framework reduces the mass by 6.35%，but the stress distortion does not increase.Key words ：Bus body ；FEA ；Static analysis ；Modal analysis ；Improvement design＊来稿日期：2008-08-09＊基金项目：天津市科委科研项目中图分类号：TH12文献标识码：ACAE （计算机辅助工程分析）技术的兴起及应用，滞后于CAD 技术。

客车车身有限元分析
袁竹林;高广新
【期刊名称】《汽车零部件》
【年(卷),期】2012(000)009
【摘要】为了研究客车车身在不同工况下的受力和变形,对某半承载式客车车身的结构进行了分析和实体测绘,得到建模的基本数据,通过合理的简化建立了车身三维几何模型.定义了模型单元并对车身几何模型进行了有限元网格划分,定义了边界约束条件,建立了车身有限元模型.在弯曲、扭转、急转、制动4种不同工况下,对半承载式客车车身模型进行了强度和刚度校核.结果表明:该客车车身能够满足强度和刚度设计要求,同时在车身等强度和轻量化设计方面有优化空间.
【总页数】4页(P95-98)
【作者】袁竹林;高广新
【作者单位】西安汽车科技职业学院,陕西西安710038;西安交通大学,陕西西安710049
【正文语种】中文
【相关文献】
1.对某微型客车车身结构的有限元分析 [J], 廖金深;沈光烈;林圣存
2.城市客车车身结构有限元分析与优化 [J], 刘丹丹;郭超
3.客车车身结构的有限元分析 [J], 田国富;赵庆斌
4.铰接式电动公交客车车身骨架的有限元分析 [J], 王顺; 冯国胜; 周凯; 李龙; 王海花
5.纯电动城市客车车身有限元分析与优化 [J], 孟庆书; 李阳; 时兆康; 王志宽; 武祥瑞; 苏聪聪
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492010年第10期科园安徽科技ANHUI SCIENCE &TECHNOLOGY作为客车主要承载结构的车身，其质量和结构形式直接影响车身寿命和整车性能。

车辆设计中，在满足客车运营对车身骨架的刚度、强度等因素要求的同时，应尽可能减轻它们的质量并降低制造成本。

随着有限元技术成熟和高速计算机的出现，在满足结构强度与刚度的前提下，进行轻量化设计具有重要意义。

1.有限单元法基本理论以有限元法为代表的CAE 技术是分析各种结构问题的强有力工具，有限元分析的各个步骤可以表达成规范化的矩阵形式，最后导致求解方程可以统一为标准的矩阵代数问题，并且特别适合计算机的编程和执行。

2．ANSYS 软件简介ANSYS 软件主要包括3个部分：处理模块、分析计算模块和后处理模块。

3．车身骨架有限元模型（1）车身骨架的离散化客车车身模块化是一个“化整为零”的过程，有限元模型的建立首先要对车身骨架结构进行离散化。

在建模时，需采取以下措施：一是略去非承载构件；二是对构件的截面形状作适当简化；三是简化曲梁为直梁；四是把相邻节点进行合并以减少方程阶数，提高求解的稳定性；五是略去对结构固有模态影响不大的构建。

（2）几何模型的生成根据某客车车身骨架CAD 图和UG 三维图，参照车身骨架数码照片在ANSYS 有限元软件中采取自底向上的建模方法，创建关键点、线、面，进而生成车身几何模型。

（3）建立有限元模型根据简化原则及模块化方法，先建立各分总成模型，并分别导入到有限元程序中组装成整车骨架模型。

本文所研究某型客车悬架采用的是空气弹簧，为使模型更接近实际情况，建模中采用combin14单元模拟空气弹簧，弹簧单元与车轴之间采用刚性梁连接。

经过初步建模、反复检验与多次修改完善，形成一个实用的几何模型，在此基础上进行了有限元建模并计算。

同时，进行静动态电测试验，将试验结果与有限元分析结果进行对比。

虽然车身骨架和试验加载情况与有限元模型不可避免存在差异，但测试结果与有限元计算二者对比数据表明计算结果吻合情况良好，达到预期结果。