基于模塊分組與重構的客車車身尺寸優化設計分析

朱銘

摘 要：客車車身尺寸優化，是程序具體操作與管理的主要方式。為此，本文結合常規客車車身尺寸模塊分組與重構的相關理論，著重通過結構劃分、靈敏度評估等方面，探索客車車身尺寸優化實踐要點，以達到明晰實踐條件，促進國內汽車生產技術手段不斷革新的目的。

關鍵詞：模塊分組與重構 客車車身 尺寸優化

1 引言

客車骨架結構的調整，不僅可以降低客車運行中的壓力，還可以降低客車行駛過程中的資源損耗，它是汽車結構體系在日常應用過程中不斷進行優化的具體方法。為了將客車結構優化調整特征很好的體現出來，就需要在汽車技術開發過程中不斷的進行結構的對應調節。

2 客車車身尺寸模塊分組與重構

關于客車車身的探究，一般采取建模模擬、骨架基本性能評估法尋求問題產生的因素，再對應給予優化方法，本次進行內容系統化探索時，也是按照這一思路進行。

2.1 仿真模型構建與性能研究

按照普通客車車身結構，在模型內建設抽取中面、幾何清理、網絡劃分、部件連接、單元質量分析五個部分[1]。同時，采用RBE2單元模式，將各個模型體進行建設，從而形成四面體和三角形結構。

客車車身骨架部分的分析，主要包括自由模型形態、彎曲剛度、扭轉剛度、以及車身骨架日常應用期間的典型工況四部分，其中車身骨架日常應用期間的典型工況包括左右彎折、骨架制動等內容。

2.2 客車車身模塊分組與重構

模塊分組與重構分析時，應結合客車車身骨架的基本體系，將相關分析要點進行綜合整理：

2.2.1 依據方鋼結構進行劃分

客車車身骨結構中，方鋼是其中最主要的支撐框架，如果方鋼結構應用時，在材質、同截面厚度、以及結構體系的對稱性、承載能力等方面均處于相似狀態，說明此時客車車身骨架的結構穩定性較高。反之，說明客車車身骨架體系結構部分的穩定性相對較低，后續實行方鋼結構調控與操作的效果作不佳。但從模擬仿真的反饋而言，當前客車車身骨架中80%為四面體，20%為三角形[2]。相比之下，四面體的穩定性要遠不如三角形的穩定性高，為此，如果單純依靠方鋼結構作為客車車身骨架的支撐，客車運行期間的平穩度自然要相對較低。

2.2.2 車身結構靈敏度分析

客車車身骨架結構的尺寸優化設計要點的探索，也可以通過模塊方鋼的界面壁厚度、方鋼結構的彎曲剛度、扭轉彎度、以及方鋼質量方面條件進行分析。

從客車車身骨架尺的仿真結構分析而言，當車身方鋼界面的厚度增加時，車身骨架部分的靈敏度就會出現明顯的下降趨勢，但此時方鋼骨架結構的彎度剛度卻明顯提升，扭轉彎度的支撐強度也會明顯提升。同時，當客車車身骨架部分質量產生變化，模塊結構部分的密度等因素控制不到位時，方鋼框架扭轉彎度、剛度等都會出現弱化的趨勢，但此時與方鋼框架內壁的厚度之間關聯不大。

2.2.3 方鋼模塊密度的分析

方鋼作為客車車身結構的主要支撐體系，其結構實際運行與操作期間，如果模塊部分骨架的密度控制得當，模塊各個部分的方鋼在車身整體運動狀態下，產生位移的可能性就會大大降低。同時，仿真分析過程中發現，分析條件與彎鋼之間的位移方向變化之間也有著一定的相似之處。當軸運轉方向與扭轉條件之間不相對應，客車車身進行空間調整后，材料密度分析部分變頻條件也將隨之發生改變。

3 基于模塊分組與重構的客車車身尺寸優化設計要點

3.1 方鋼結構環節調節

客車車身骨架尺寸部分的優化調節，是為了進一步減小汽車運行過程中的沖擊力，保障客車運行期間的穩定程度，但若直接從客車車身骨架方鋼結構部分進行調節，極易出現尺寸縮減，但汽車穩定性較低的狀況。為此，在模塊分組與重構具體工作安排時，就應該著重通過結構優化等方式，實現穩定性和骨架結構部分的對應化調節[3]。

比如，以上述客車車身骨架仿真虛擬模型為例，將具體的實踐要點歸納如下：（1）將客車車身骨架中車頭與車身部分分開重組;（2）車頭部分保留主方鋼四面體框架，剩余非核心部分采取間隔壓縮法，從尺寸上進行縮減。同時，間隔性縮減方式的調整，主要是將四面體轉變為三角形，因而，客車車身骨架調節后的穩定性將不會產生較大的負面變化。（3）車身部分進行調節時，可借鑒車頭部分方鋼?的壓縮方式，實行各項客車操控因素的對應式調節。但車身部分與車頭部分主要區別在于，后者重組時分析的重力強度就是后續應用時的強度，而前者需要在后續應用時又一個重力承載方面的相應調節。為此，車身部分的尺寸調節與規制，在于做好結構承載體系部分的優化調配。即，它是一個可變動的數據空間。

客車車身骨架部分承載能力的詳細分析與最優化調節，首先是要考慮客車車身骨架變化產生的承載結構穩定性的分析。其次是從客車車身骨架的基礎調控的重力承載壓力可變動空間方面進行探究，兩種因素缺一不可。

3.2 車身靈敏度調節優化

客車車身骨架尺寸優化之時，結合模塊分組與重構的理論進行梳理分析，可從車身骨架結構設計與分析的角度上尋求探索的要點。

其一，客車車身部分內部厚度越高，整體結構就越顯得笨重，實際操作時的靈敏度就會大大降低。為適應當前客車車身骨架尺寸優化的需要，針對框架體系進行調節時，可將客車車身骨架部分的內壁厚度控制在最小變化范圍之內。比如，本次仿真分析發現，普通客車車身骨架的內壁厚度在3-5mm之間，客車車身骨架部分結構的重力承載能力即可達到最佳。此時客車車身骨架不僅滿足了車身整體承載能力好的優勢，更能夠保障客車車身骨架的靈敏度。

其二，客車車身部分設計靈敏度調節期間，也可依據彎折度、扭轉彎度等方面，對客車車身結構的靈活程度進行相應判斷。比如，客車車身骨架結構調節期間，為避免模塊分組與重構部分車身尺寸變化對其結構造成的影響，實際操作過程中，可通過彎折度、扭轉彎度的分析，對客車車身骨架的尺寸進行優化，繼而達到各項因素有序化調節的效果。同時，依據當前仿真實驗分析的基本情況來說，當車身部分設計滿足剛度與扭轉度的乘積≥1時，說明此時客車車身骨架部分的剛度信息變化已經達到了最優狀態;當剛度與扭轉度的乘積<1時，說明當前客車車身部分的靈敏度就會大大降低，進而也就出現了敏感度與其基本結構不相適應問題。為此，借助模塊分組與重構的基本理論，對客車車身部分框架結構逐步進行優化的過程，也就實現了結構控制與操控模式相互協調的狀態了。

3.3 密度因素的調控

客車車身尺寸靈活設計，在于結合基礎結構進行密度要部分的對應調節，盡量減少汽車車身優化期間，密度因素對車身的靈活程度產生負面干擾。

其一，依據骨架質量分析法，分別將客車車身部分的骨架定為未知數，并將其放置在密度、模塊等效、以及方向軸位移分析結構之內，依據質量參數的變化趨勢，確定方向軸位移的最大值，并對應確定方鋼框架扭轉的頻率。當兩者之間的數據差異控制到最低時，說明此時客車車身框架部分的優化調控效果最佳。

其二，客車車身密度因素調節時，關于骨架日常應用期間的典型工況的調節，也是車身密度控制中不可忽視的內容。一方面左右彎折調節時，客車車身部分框架密度也將發生變化，此時客車部分的密度調節效果就可以達到最佳;另一方面，客車車身骨架制動部分的靈活度分析，也是客車操控過程中不可缺少的一部分。骨架結構得以靈活式調節，與客車骨架尺寸調控不當之間產生了諸多相似之處。當骨架結構相應發生改變時，客車車身為了降低骨架短小而造成的坍塌情況，自然是要通過現有框架重力調節的方式進行調整，但隨著現有骨架部分所擁有的穩定度逐步減弱，想要避免結構坍塌，就需要一個結構進行輔助。在模塊分組與重構因素分析期間，客車因素要點的對應調整與優化安排時，若能夠在前期就針對材料質量密度層面的問題給予對應調節，則后續出現左右彎折、骨架結構制動體系局部坍塌的問題就會大大減少，從而也就出現了制動組織體系運行操控靈活程度增加，穩定性適當調節的效果了。

3.4 其他模塊調節法

除了以上提到的針對客車結構操控管理的基本情況進行相應調節，還可以通過局部操控與管理的方法解決問題。即，為確保模塊分組與重構的客車車身尺寸優化效果達到最佳，后續進行模塊分組調節時，也需要有序進行分組因素的對應調控與最優化安排。比如，常見的局部邊緣調節法。某客車車身部分局部區域產生了嚴重的磨損、亦或者是局部發生位移，則后續進行多重因素調節時，可以結合項目操控的基本結構，進行邊緣因素對應調節，這也是基于模塊分組與重構的客車車身尺寸優化形式。

4 結論

綜上所述，基于模塊分組與重構的客車車身尺寸優化設計分析，是當代汽車加工與生產手段實踐中優化的理論歸納。在此基礎上，本文通過方鋼結構環節調節、車身靈敏度調節優化、密度因素的調控、其他模塊調節法等方面，明確基于模塊分組與重構的客車車身尺寸優化形式。因此，文章研究結果，將為國內汽車生產技術提供新思路。

參考文獻：

[1]王文甲.基于模塊分組與重構的客車車身尺寸優化設計[J].客車技術與研究，2020，42（02）：23-25+44.

[2]范體強，周松，高翔，等.電動客車結構強度和安全性能優化分析[C]. 中國汽車工程學會.中國汽車工程學會：中國汽車工程學會，2019：229-234.

[3]王晶.某純電動客車骨架結構有限元仿真分析及優化設計[D].吉林大學，2018.