轻型客车车身仿真对比分析及轻量化

摘要: 通过对某轻型客车矩形截面梁骨架式白车身和薄板冲压件骨架式白车身两种结构进行有限元对比分析，掌握了两种白车身的结构性能；并对其中的薄板冲压件骨架式白车身进行有限元优化，在保证车身性能的情况下，轻量化程度达到12.7％。

关键词: 轻型客车；车身；对比分析；轻量化

中图分类号：U469.21 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）05-0034-07

Comparative Analysis and Lightweight Analysis of Light Bus Body

XU Mao-lin，HE Xin

（Dongfeng Commercial Vehicle Technical Center of DFL，Wuhan 430056，China）

Abstract：By finite element method，rectangular beam skeleton body in white and sheet metal stamping skeleton body in white of one light bus were analysised.So the structural performance of the two body in white was grasped；Then sheet metal stamping skeleton body in white was optimized by finite element method in the case of assuring body performance，the body’s lightweight level reached 12.7%.

Key words：light bus；body；comparative analysis；lightweight analysis

以往开发的轻型客车车身，主要采用矩形截面梁骨架式半承载车身结构，理论分析和实践应用证明，这种结构形式虽然具有较强的可靠性，但是车体相对比较笨重，骨架材料的强度和刚度冗余度较大，造成一定的浪费，也不符合车身的轻量化要求。因此，在某轻型客车开发中，全新设计了一款薄板冲压件骨架式新型半承载车身结构，经初步分析判断，这种车身重量比传统矩形截面梁骨架式车身要轻，能实现一定程度的轻量化设计要求。但是，这款车身结构能否满足整车的安全性能要求，需要与传统矩形截面梁骨架式车身结构进行仿真对比分析验证；是否还有轻量化的空间，需要进行仿真优化分析。

基于此，本文通过对轻型客车两种白车身结构——矩形截面梁骨架式白车身（传统结构）和薄板冲压件骨架式白车身（新型结构）进行有限元仿真对比计算分析，验证薄板冲压件骨架式白车身的各项性能。并且，在保证白车身满足结构强度、刚度以及振动特性的情况下，对薄板冲压件骨架式车身结构进行轻量化分析。

本文所用软件为Altair HyperWorks 7.0 有限元分析软件。

1 矩形截面梁与薄板冲压件骨架式白车身仿真对比分析

1.1 结构仿真对比分析方法概述

1.1.1 分析对象及分析流程

以某轻型客车为目标车型进行，外廓尺寸为：长6 090 mm×宽2 040 mm×高2 620 mm，“骨架＋蒙皮”的结构形式，半承载式车身。分析对象包括该客车的两种结构：矩形截面梁骨架式白车身（以下简称“车身1”，如图1所示）和薄板冲压件骨架式白车身（以下简称“车身2”，如图2所示）。

对比分析流程包括有限元模型建立、应力对比、模态对比等，如图3所示。

1.1.2 五种工况下强度分析内容

利用客车白车身有限元模型，计算五种典型工况下（如表1所示）两种白车身结构的应力大小，比较两种白车身结构在静态特性上的优劣，掌握其应力分布状况。

1.1.3 模态分析内容

利用白车身有限元模型，计算两种白车身的前十八阶模态。并分析对应的各阶模态特征，比较两种白车身结构在动态特性上的优劣，掌握白车身的动态特征。

1.2 两种白车身质量对比

由于首次采用薄板冲压件骨架式结构，第一轮设计相对比较保守，所以两种白车身质量差别甚微，车身2略轻（如表2所示）。

1.3 两种白车身有限元模型建立

根据轻型客车结构特点，选择合适的网格单元和节点数量。由于车身2的结构特点，并需要进行轻量化优化分析，所以网格划分更密集（如表3所示）。建立完成的有限元模型如图4、图5所示。

1.4 两种白车身仿真对比分析

1.4.1 扭转刚度对比分析

国内外统计数据表明，半承载式客车车身扭转刚度一般在20～40 kN·m2/（°）为合理。

在纯扭转工况下，在车架左右纵梁上对应的前轴处施加980 Nm扭矩，在车架左右纵梁上对应后轴处施加约束，使车身车身骨架产生纯扭转变形。

根据车身1分析计算结果，可以得到车架前轴左对应点的位移为0.445 mm。其中，左右两对应点的距离为806 mm，前后轴对应点的距离为3 530 mm；

根据车身2分析计算结果，可以得到车架前轴左对应点的位移为0.676 mm。其中，左右两对应点的距离为806 mm,前后轴对应点的距离为3 530 mm。

车身1的车身扭转刚度为：

Kt=■=■

=52.2kN·m2/ （°）（1）

车身2的车身扭转刚度为：

Kt=■=■

=34.4kN·m2/ （°）（2）

从以上计算数据分析得到：

（1）车身1和车身2的车身扭转刚度值均符合国际通行的要求，这表明两种白车身结构刚度均达到了车辆使用安全要求；