商用車車架常用橫梁的力學(xué)性能研究

摘要：由于缺乏橫梁力學(xué)性能參數(shù)，設(shè)計(jì)師在車架設(shè)計(jì)時(shí)對橫梁的選擇比較隨意，往往只考慮系統(tǒng)的通過性，而忽視了橫梁本身對車架力學(xué)性能的影響。本文研究了商用車十四種常用橫梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，為車架優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：商用車橫梁；力學(xué)性能；優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：U463.32 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1005-2550（2013）04-0010-05

商用車常用的橫梁種類很多，但是由于沒有確切的橫梁彎曲和扭轉(zhuǎn)性能參數(shù)，因此總布置進(jìn)行車架設(shè)計(jì)時(shí)往往只根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)以及系統(tǒng)需求進(jìn)行布置。這就導(dǎo)致很多車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，車架扭轉(zhuǎn)大的地方布置了扭轉(zhuǎn)剛度較小的橫梁，車架不受扭轉(zhuǎn)的地方布置了扭轉(zhuǎn)剛度很大的橫梁，這些不合理的布置直接導(dǎo)致橫梁開裂及車架振動問題，同時(shí)不利于降低車架自重及成本。為了優(yōu)化車架橫梁的布置，需要知道常用橫梁結(jié)構(gòu)的彎曲、扭轉(zhuǎn)性能參數(shù)，用有限元手段標(biāo)定各種橫梁的性能參數(shù)。

目前商用車底盤常用的橫梁有十四種，使用有限元分析軟件HyperMesh對橫梁進(jìn)行前處理，使用Optistruct求解器標(biāo)定各種橫梁的絕對彎曲剛度和絕對扭轉(zhuǎn)剛度，并將橫梁分別安裝在某工程車上，替換原來的第二和第三橫梁，驗(yàn)證在整車狀態(tài)下車架剛度的變化，驗(yàn)證橫梁的彎扭性能對車架剛度的實(shí)際影響。

1 分析對象

本文選用了目前商用車行業(yè)最常見的十四種橫梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

各橫梁結(jié)構(gòu)見圖1。

2 模型處理

本文使用有限元軟件HyperMesh10.0對橫梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分，用QUAD8單元模擬薄板單元，RBE2單元模擬螺栓頭，CBAR單元模擬螺栓連接，CGAP單元模擬板層接觸。橫梁結(jié)構(gòu)一共劃分節(jié)點(diǎn)44 061個(gè)，單元19 847個(gè)，本文使用RADIOSS/OptiStruct求解器進(jìn)行求解。

3 計(jì)算工況

1）結(jié)構(gòu)七和結(jié)構(gòu)十一的扭轉(zhuǎn)剛度最大，在替換工程車車架的第二、第三橫梁后，車架的扭轉(zhuǎn)剛度仍然是所有結(jié)構(gòu)中最大的，與表2中的計(jì)算結(jié)果一致；

2）結(jié)構(gòu)一和結(jié)構(gòu)二的彎曲剛度最大，在替換某工程車車架的第二、第三橫梁后，車架的彎曲剛度也仍然是所有結(jié)構(gòu)中最大的，與表1中的計(jì)算結(jié)果一致；

3）表3的計(jì)算結(jié)果再一次驗(yàn)證了表1和表2中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

7 結(jié)論

通過上述分析，可以得出如下結(jié)論：

1）結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu)九和結(jié)構(gòu)十四彎曲剛度大，適用于載重較高、使用工況較好的車型；

2）結(jié)構(gòu)七、結(jié)構(gòu)九和結(jié)構(gòu)十四扭轉(zhuǎn)剛度較大，適用于工程車等使用工況較為惡劣的車型；

3）結(jié)構(gòu)五、結(jié)構(gòu)十三彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度性能均衡，但是重量極輕，適用于載重較小的輕量化公路運(yùn)輸車。

綜上所述，在車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不同車型以及車架不同的部位所承受的彎曲和扭轉(zhuǎn)都不同，應(yīng)根據(jù)車架的受力情況選取合理的橫梁結(jié)構(gòu)及連接方式進(jìn)行布置，以上對橫梁性能的分析可以提供很好的參考。

參考文獻(xiàn)：

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