基于ANSYS的某客车车架满载弯曲强度分析

摘 要：客车在平直道路上行驶时，车架主要承受载荷包括自身的重量、安装在车架上各总成重量、额定乘员和行李重量等，车架在满载工况下极易发生弯曲变形从而影响行车安全；因此，对客车满载条件下的车架弯曲强度进行受力分析能为车架结构的设计合理性和优化提供指导依据。

关键词：ANSYS；客车车架；弯曲强度；有限元分析

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.181

0 引言

弯曲工况是模拟客车在平直道路上匀速行驶时，四个车轮与道路平稳均匀接触，不受外界其他因素的影响（如侧向风力、惯性力等），加载车架上的载荷只有车架自身的重量、安装在车架上各总成重量和额定乘员、行李重量，在这个工况下主要考虑车架垂直方向上的受力分析，这也是客车行驶时常见的一种受力方式，对弯曲工况下车架的受力和应力情况进行分析非常必要。

1 车架有限元模型的建立

本文利用UG软件结合车架的实际尺寸建立车架的三维模型，建模中对车架结构进行适当的简化，主要内容是将不影响客车车架应力分析的小孔、边倒圆简化，将模型保持为iges格式导入到ANSYS软件中。.然后在ANSYS中进行W格划分，网格的划分是建立有限元建模关键工作。网格的质量决定了计算结果的准确度。ansys具有很好的网格划分功能，本文采用自动划分，设置网格边长最大不得超过10mm，获得高精度网格质量，建立车架有限元模型，经计算，此模型车架质量为309KG，模型有节点数83773个、单元83883个，最终建成的客车车架有限元模型如1-1所示。

2 车架载荷的确定

本客车的主要质量参数设计为：最大总质量4800Kg，整备质量3500Kg，底盘质量1900Kg，最大载客量18人（按每位乘员65Kg计算），动力总成质量420Kg。客车车架通过16个支架支撑车身的总重量，即车架以上的质量主要集中加载的方式加载在各支点上，动力总成靠车架四个支点支撑，加载时将动力总成总重量均匀分配到车架四个支撑点进行集中加载，此外、乘员质量结合座椅的实际位置，将乘客的重量分配到车架支点上，加载情况如图1-2所示。

3 对车架边界约束

根据满载弯曲工况客车行驶状态，此时应该在前后钢板弹簧与车架的连接处进行约束，一共8个点，约束两个前轮UX、UY、UZ三个方向的平动自由度，释放其他自由度，约束两个后轮UY方向的平动自由度释放其它自由度。

4 计算结果分析

本车架采用的材料是16mn钢，其屈服强度为345Mpa。通过分析查看应力云图，得到车架最大位移为0.697mm如图（1-3）所示，发生在车架的中部，这是因为客车中部乘员最多载荷较大，距离悬架支撑点较远力臂较长，所以变形大，此外客车尾部变形也较大，这由客车尾部座位数4个且有一段悬臂梁存所致；在车架最大应力值为55.768MPa，如图（1-4）所示，发生在车架前悬架与车架吊耳连接处，除了最大应力之外其它应力都在50 MPa以下，取动载荷系数为2.6，车架材料的屈服极限为345，计算可得允许应力约为133 MPa（345/2.6），由于允许应力（133 MPa）大于最大（55.768 MPa）车架最大应力，由此可知车架设计符合弯曲工况下的运行要求。

5 结果分析

通过ANSYS对该客车车架进行强度分析找到了车架在满载工况下车架最大应力值和最大位移，综合分析车架设计符合弯曲强度的要求，同时也为车架进行后续分析和结构改进提供参考依据。

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基金项目：（1）汽车技术服务与营销专业教学团队 编号：2015jxtd084、（2）工程机械运用与维护专业（群）教学团队编号：2014jxtd084（3）车载网络系统检修精品资源共享课程编号：2015gxk126

作者简介：杜松（1987-），男，重庆涪陵人，本科，讲师，主要从事汽车运用与维修教学与研究。