客車車身骨架結構優化設計與先進技術應用

邵海良+金宏宇

【摘 要】隨著國民素質不斷提升，人們對出行安全提出了很多新的要求，對客車綜合設計也越來越為關注。對客車車身骨架結構進行優化設計，可以提升客車的綜合性能，加強客車的安全性。客車設計中還需要融入更新先進技術，這樣客車設計在隨時代發展不斷進步，并且滿足現代人出行理念的要求。本文就是對客車車身骨架結構優化設計與先進技術的應用進行深入分析，希望對相關人員有所啟示，促進客車設計發展。

【關鍵詞】客車車身；骨架結構；優化設計；先進技術；應用

引言

現階段，人們對客車運行安全性能越來越為重視，能源應用問題越來越為緊張，迫使客車設計過程中不僅需要注重提升安全性，同時還需要更多的引入先進技術，使得客車運行可以應用新能源，降低尾氣排放總量。對客車車身骨架結構進行優化和改良已經成為目前客車生產企業重點研究內容，相關科研機構也在不斷加強研究力度。對該內容進行深入分析是具有現實意義的，下面就對相關內容進行詳細闡述。

一、車身結構力學控制理論分析

客車車身結構可以細致的劃分為集中類型，分別為半承載式、全承載式和非承載式。全承載式是客車車身骨架結構設計的主流，也是其未來發展趨勢。從力學層面進行分析，因為桿件抗軸向形變的能力較為良好，但是抵抗彎曲和扭轉變形的能力非常弱，想要使得客車車身具備良好的剛度性能，在半承載式與非承載式客車車身骨架結構中需要加大眾多桿件的橫截面。對全承載式車身骨架結構進行分析，通過設計人員科學合理配置，客車在道路行駛過程中所產生的彎曲和扭轉應力會由桿件進行傳遞。所以這種結構設計應用過程中，設計人員出了需要考慮到車身剛度，同時還需要對眾多桿件的剛度進行審核，也就是應用“強度理論”進行有效控制。

在力學當中，三角形是最具有穩定性。車身設計時應當盡量使用三角形的結構，側圍截取部分結構，如不添加斜撐的話，兩者之間的承載能力差距十分大，僅僅只有1/8 ～ 1/6。如果使用增加截面尺寸的方法使二者的承載能力達到相同水準，質量甚至會達到三角結構質量的2～3倍。故而在滿足強度等的要求下，使用三角結構可以大大達到輕量化。

二、 客車車身骨架結構設計分析

（一）全身結構整體規劃原則

客車結構設計與轎車結構設計一樣，設計人員都需要認真對待，設計成效與車輛綜合性能有著較深影響，會影響車輛運行的安全性、舒適性以及車輛制造的經濟性。現階段，客車生產企業通常都是將客車結構設計分配給相關部件的工程師手上，客車結構設計的整體性不能得到保證。想要對客車車身骨架結構設計進行優化和改良，進一步提升客車結構設計水平，需要加強客車結構設計的整體性，對客車結構設計進行集中、統一管理，這樣才能保證客車結構設計可以達到預期規劃效果，結構設計可以滿足力學要求。總而言之，設計人員要應用優化的結構方式取替加大結構規格的方式，提升材料應用效率，降低客車車身重量。

（二）閉環結構應用分析

為了使得客車車身整體剛度性能提升，特別是客艙結構的剛度，增強客車運行的安全性。客車斷面需要設計成多個封閉性的剛性環形承載結構。剛性環形承載結構主要有兩種類型。第一種就是結構會形成一個整體。第二種就是客車側窗玻璃與行李艙功能受限制時會性能一個變通式的閉環結構。設計人員對閉環結構的應用需要依據實際情況，但更多情況下需要選用第一種，因為可以保證客車車身骨架結構設計的整體性，避免客車使用功能受到限制，為人們提供較為的便利。

（三）側圍腰梁的選取

側圍是客車車身骨架的主要承載結構之一，提高側圍的承載能力是優化車身結構的一個途徑。經研究表明，適當的增加腰梁之間的間距可以在一定程度上增加廁位的承載能力。使用ANSYS分析，腰梁之間的距離從800mm增至1000mm時，側圍的承載能力提高了25%左右。在保證客車結構功能的基本要求下，通過降低腰梁之間的距離，可以提高承載能力并減低質量。

（四）車身四個角點結構設計

車身的剛度是客車安全性的主要標志，若是組焊的話，可能存在強度剛度不夠的情況，因此上半部分可以使用一根型材構成，而下半部分則可以使用斜角加強結構。這種結構設計可以避免在發生翻車時，由于焊接強度的緣故使焊接部分斷裂，車頂飛出，乘客受傷，提高了客車的安全性。

（五）車頂結構設計

車頂骨架主要作用是承受行駛中產生的部分彎曲和扭轉載荷，與其他結構相連接使車身構成一個封閉整體作用。適當的增加弧形桿件的尺寸，本次設計中將弧形桿的尺寸從50×40×3.0mm 增加到 60×50×3.0mm，提高了弧形桿件的抗彎、扭能力和其剛度強度，在此舉的基礎上可以略去多余的弧形桿件，這樣既保證了車頂的剛度強度，同時減少了材料，實現了輕量化。

三、先進結構優化技術的應用分析

（一）拓撲優化技術應用分析

對傳統客車車身結構設計進行分析，設計人員在設計中更多是采用沿襲的設計方式，沒有注重自身創新理念發揮，更多的基于方便進行客車車身結構設計，所以客車車身結構設計顯得過于笨重。先進優化技術的應用，可以對以往傳統設計模式進行轉變，在客車車身結構概念設計階段便可以對該問題進行解決，同時還會加強設計人員對后續設計工作的把握程度。在客車概念設計階段，設計日呢元可以應用拓撲優化技術。該技術可以為設計人員提供最佳的傳力結構，在此基礎上對眾多參數進行優化，最終得到非常優越的客車結構設計方案。

（二）有限元優化技術應用分析

有限元優化技術在客車車身骨架結構優化設計中應用較為廣泛，該技術應用可以保證車身骨架具備良好的強度性能，避免車身骨架結構過度疲勞受到損壞。車身骨架結構具備良好的剛度，可以為客車裝配提供便利，并且增強客車的舒適性。有限元計算屬于力學分析手段，在設計初期設計人員便可以掌握眾多部位的實際應力情況。根據實際情況有針對性的對結構設計方案進行改良，從而提升客車的綜合性能。

四、結語

客車車身骨架結構設計是非常重要的，與客車綜合性能有著非常緊密聯系。設計人員在客車車身骨架結構設計中，需要嚴格遵循相應標準和規范，保證結構設計的嚴謹性和專業性。要注重創新思維發揮，不斷引入先進技術，使得客車設計領域可以不斷發展，上升到一個新的高度。滿足人們出行的多元化需求，對乘客生命財產安全給予最大限度的保障。

參考文獻

[1]閆武旭.未來機械設計制造及其自動化的發展趨勢[J].科技創新與應用，2016（6）：15-17.

[2]王登峰，毛愛華， 牛妍妍， 等. 基于拓撲優化的純電動大客車車身骨架輕量化多目標優化設計[J]. 中國公路學報 ，2017（2）：136-143.

[3] 龔玉婷， 李楚琳 . 純電動客車車身骨架的拓撲優化設計[J]. 湖北汽車工業學院學報，2016（4）：14-17+23.

[4]毛愛華. 純電動大客車骨架結構輕量化多目標優化設計[D].吉林大學 ，2015.endprint