廂式貨廂抗凹性能仿真分析研究

郁煥敬

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

在車輛行駛過程中，貨廂難免受到或內或外載荷作用，其中外部載荷主要包括飛濺物、敲擊或輕微撞擊等，內部載荷主要為車輛在制動、轉彎等工況下，貨廂內貨物對貨廂的沖擊。在這些載荷作用下，貨廂很容易發生凹陷撓曲，甚至產品永久性凹陷。通過對貨廂抗凹性能進行分析，判斷貨廂抗凹性能符合性，針對貨廂剛度不足處提出優化方案，對于前期產品設計或后續質量問題改進，均有較重要意義。

本文以某款廂式運輸車貨廂為例，采用有限元分析方法，設定貨廂抗凹性能評價指標，并對貨廂抗凹性能符合性進行分析評價。

1 有限元分析

利用hyper works軟件建立貨廂分析模型，將分析模型導入 ABAQUS求解器進行求解。鑒于車輛實際行駛時，貨廂完全固定在底盤上，因此分析模型限制所有方向自由度。

2 分析方法及過程

2.1 分析方法

貨廂抗凹性能主要考察貨廂在受到沖擊時形變情況及形變恢復能力。在正常狀態下，貨廂受到的沖擊作用主要有以下兩種，一種是外部沖擊，如飛濺物、敲擊或輕微撞擊等，另一種是為車輛在制動、轉彎等工況下，貨廂內貨物對貨廂的沖擊，根據受力情況不同，分析方法也稍有區別。

2.1.1 外部沖擊分析

外部沖擊主要考察廂體在受到鋼性沖擊情況下，貨廂形變及形變恢復情況。其分析方法主要為在廂體蒙皮和車門外板上選擇比較薄弱的若干個點，通過剛性壓頭，對分析點施加垂直表面400N的載荷，模擬測量各點在作力下最大位移及卸載后殘余形變，其中至少有一個點落在貨廂車門上，具體數目視結構而定。此貨廂分析模型及示意圖如圖1所示。

圖1 外部沖擊分析貨廂模型示意圖

2.1.2 內部貨物沖擊分析

內部貨貨物沖擊主要考察車輛在制動、轉彎等工況下，廂體在受到貨物沖擊形變及形變恢復情況，其分析方法主要為在受沖擊區域施加一定載荷，載荷數值相當于滿載狀態下貨物以適應加速度沖擊貨廂時對貨廂的作用力，根據工況不同，對應載荷值也不相同。

另考慮到實際裝載時，不同貨物與貨廂按觸面積也不盡相同，因此分析時，按整面受力和下半面受力兩種工況進行模擬分析，貨廂分析模型如圖2所示。

圖2 內部沖擊分析貨廂模型示意圖

2.2 工況及邊界條件

在此次模擬分析中，主要有外部沖擊、側圍整面沖擊、半面沖擊、前圍整面沖擊和半面沖擊五種受力狀態。當車輛在側傾工況下，側圍受到貨物沖擊力作用，在制動工況下，前圍受到貨物沖擊力作用，不同工況下，對應邊界條件具體如下：

2.2.1 外部沖擊邊界條件

自由工況下，在選定點施加400N作用力。

2.2.2 側圍整面沖擊工況邊界條件

在側圍受力區域施加P=0.0012MPa的載荷，相當于滿載貨物以0.2g加速度沖擊貨廂的載荷（貨車側傾0.4g加速度，貨物與貨廂底部摩擦系數0.2，即貨物受力摩擦力為0.2g)。

2.2.3 側圍半面凹工況邊界條件

在側圍受沖擊區域施加P=0.0024MPa的載荷，相當于滿載貨物以0.2g加速度沖擊貨廂的載荷（貨車側傾0.4g加速度，貨物與貨廂底部摩擦系數 0.2，即貨物受力摩擦力為0.2g)。

2.2.4 前圍整面沖擊工況邊界條件

在側圍受沖擊區域施加P=0.00434MPa的載荷，相當于滿載貨物以0.5g加速度沖擊貨廂的載荷（貨車制動0.7g加速度，貨物與貨廂底部摩擦系數 0.2，即貨物受力摩擦力為0.2g）。

2.2.5 前圍半面沖擊工況邊界條件

在側圍受沖擊區域施加P=0.00868MPa的載荷,相當于滿載貨物以0.5g加速度沖擊貨廂的載荷（貨車制動0.7g加速度，貨物與貨廂底部摩擦系數0.2，即貨物受力摩擦力為0.2g）。

2.3 評價標準

由于在模擬分析中，貨廂外部受到的為點作用力，內部為面作用力，兩者評價標準稍有不同。外部抗凹評價標準為加載完成時位移＜10mm，卸載完成時位移＜0.5mm，塑性應變＜2%，內部抗凹評價標準為加載完成時位移＜30mm，卸載完成時位移＜0.5mm，塑性應變＜2%。

2.4 分析步驟

分析流程主要按下以操作：模型準備→約束定義→載荷步定義→計算文件導出→提交求解→結果查看。

3 分析結果及評價

通過HyperView查看計算結果的位移云圖，測量載荷施加處加載和卸載的最大位移，通過分析匯總，幾種工況下對應數據如下所示：

3.1 外部沖擊分析結果

在進行外部抗凹分析時，在貨廂上共選取9個點，其中P1-P6點作用在貨廂廂體上，P7-P9點作用在貨廂車門上，兩種不同狀態下，對應載荷及形變變化趨勢分別如圖3和圖4所示。

圖3 廂體加載形變變化示意圖

圖4 廂門加載形變變化示意圖

表1 外部沖擊抗凹分析結果匯總表

統計P1-P9點加載和卸載位移匯總統計，形成表1，具體如表1所示。

3.2 內部沖擊分析結果

貨廂內部沖擊各種工況下，運用 ABAQUS求解，得出各種工況下對應最大形變和殘余形變，具體數值如表2所示：

表2 內部沖擊抗凹分析結果匯總表

3.3 結果評價

分析測量結果，查看貨廂在各種工況下貨廂形變及卸載后殘余形變，若發生形變與殘余形變在合理范圍內，則說明該設計滿足要求，反之，則結構設計存在風險，可通過增加加強梁、改進加強筋等方案來優化。由表1和表2中可確定，幾種工況下，形變和殘余形變均在合理范圍內，即設計滿足要求。

4 結論

通過對貨廂抗凹性能分析，發現在設計過程中剛度存在的不足，針對剛度不足之處進行優化，對產品設計開發是一種行之有效的方法。合理的運用仿真分析以提高產品設計準確性，避免后期設計變更發生，對于項目開發周期和降低項目成本均有較重要作用。

參考文獻

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[2] 喬維高.專用汽車結構與設計.北京大學出版社,2010年9月.

[3] 石亦平.ABAQUS有限元分析實例詳解.機械工業出版社,2006年7月.