基于ANSYS的某客車車架滿載彎曲強度分析

杜松+黃智勇

摘 要：客車在平直道路上行駛時，車架主要承受載荷包括自身的重量、安裝在車架上各總成重量、額定乘員和行李重量等，車架在滿載工況下極易發生彎曲變形從而影響行車安全；因此，對客車滿載條件下的車架彎曲強度進行受力分析能為車架結構的設計合理性和優化提供指導依據。

關鍵詞：ANSYS；客車車架；彎曲強度；有限元分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.181

0 引言

彎曲工況是模擬客車在平直道路上勻速行駛時，四個車輪與道路平穩均勻接觸，不受外界其他因素的影響（如側向風力、慣性力等），加載車架上的載荷只有車架自身的重量、安裝在車架上各總成重量和額定乘員、行李重量，在這個工況下主要考慮車架垂直方向上的受力分析，這也是客車行駛時常見的一種受力方式，對彎曲工況下車架的受力和應力情況進行分析非常必要。

1 車架有限元模型的建立

本文利用UG軟件結合車架的實際尺寸建立車架的三維模型，建模中對車架結構進行適當的簡化，主要內容是將不影響客車車架應力分析的小孔、邊倒圓簡化，將模型保持為iges格式導入到ANSYS軟件中。.然后在ANSYS中進行網格劃分，網格的劃分是建立有限元建模關鍵工作。網格的質量決定了計算結果的準確度。ansys具有很好的網格劃分功能，本文采用自動劃分，設置網格邊長最大不得超過10mm，獲得高精度網格質量，建立車架有限元模型，經計算，此模型車架質量為309KG，模型有節點數83773個、單元83883個，最終建成的客車車架有限元模型如1-1所示。

2 車架載荷的確定

本客車的主要質量參數設計為：最大總質量4800Kg，整備質量3500Kg，底盤質量1900Kg，最大載客量18人（按每位乘員65Kg計算），動力總成質量420Kg。客車車架通過16個支架支撐車身的總重量，即車架以上的質量主要集中加載的方式加載在各支點上，動力總成靠車架四個支點支撐，加載時將動力總成總重量均勻分配到車架四個支撐點進行集中加載，此外、乘員質量結合座椅的實際位置，將乘客的重量分配到車架支點上，加載情況如圖1-2所示。

3 對車架邊界約束

根據滿載彎曲工況客車行駛狀態，此時應該在前后鋼板彈簧與車架的連接處進行約束，一共8個點，約束兩個前輪UX、UY、UZ三個方向的平動自由度，釋放其他自由度，約束兩個后輪UY方向的平動自由度釋放其它自由度。

4 計算結果分析

本車架采用的材料是16mn鋼，其屈服強度為345Mpa。通過分析查看應力云圖，得到車架最大位移為0.697mm如圖（1-3）所示，發生在車架的中部，這是因為客車中部乘員最多載荷較大，距離懸架支撐點較遠力臂較長，所以變形大，此外客車尾部變形也較大，這由客車尾部座位數4個且有一段懸臂梁存所致；在車架最大應力值為55.768MPa，如圖（1-4）所示，發生在車架前懸架與車架吊耳連接處，除了最大應力之外其它應力都在50 MPa以下，取動載荷系數為2.6，車架材料的屈服極限為345，計算可得允許應力約為133 MPa（345/2.6），由于允許應力（133 MPa）大于最大（55.768 MPa）車架最大應力，由此可知車架設計符合彎曲工況下的運行要求。

5 結果分析

通過ANSYS對該客車車架進行強度分析找到了車架在滿載工況下車架最大應力值和最大位移，綜合分析車架設計符合彎曲強度的要求，同時也為車架進行后續分析和結構改進提供參考依據。

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基金項目：（1）汽車技術服務與營銷專業教學團隊 編號：2015jxtd084、（2）工程機械運用與維護專業（群）教學團隊編號：2014jxtd084（3）車載網絡系統檢修精品資源共享課程編號：2015gxk126

作者簡介：杜松（1987-），男，重慶涪陵人，本科，講師，主要從事汽車運用與維修教學與研究。