基于Hyperworks的某駕駛室結構強度優化研究

楊神林 黃勤

摘 要：為優化某商用車駕駛室強度性能，文章基于有限元方法對駕駛室進行了強度分析，同時采集試驗場實車駕駛室應力應變，試驗結果顯示，特定路面鈑金位置應變很大，對駕駛室結構進行了局部優化，CAE分析結果滿足要求及路試考核通過。

關鍵詞：輕卡駕駛室;應力應變采集;結構優化

中圖分類號：U462.1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）19-91-03

Study on the the Strength optimization of Light Truck cab with Hyperworks

Yang Shenlin， Huang Qin

（ Product Development & Technical Center， Jiangxi-Isuzu Motors Co， Ltd， Jiangxi Nanchang 330100 ）

Abstract： In order to optimize the strength performance of a commercial vehicle cab， in this paper， the strength of the cab is analyzed based on the finite element method， at the same time， the stress and strain of the real vehicle cab is collected in the test field. The test results show that there is a large strain at the position of the sheet metal on the specific pavement. The cab structure was optimized locally， the CAE analysis results met the requirements and the road test passed.

Keywords： Light truck cab; Collection of stress and strain; Structural optimization

CLC NO.： U462.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）19-91-03

1 引言

隨著國家城市物流業快速發展，商用車輕卡銷量得到迅猛增長，由此帶來的乘員安全問題日益凸顯，目前輕卡行業駕駛室主要形式為平頭駕駛室，駕駛室本體結構剛強度需保證設計目標要求，其對乘員的安全保障有著直接決定性影響[1-2]。

本文研究源于需優化某駕駛室結構強度，如圖1所示，本文基于有限元法，采用Hyperworks軟件，對駕駛室進行了強度分析，同時采集海南試驗場實車駕駛室應力應變數據，進行優化提升方案分析，提出了有效的高性價比優化方案，最終通過路試考核。

2 駕駛室應力應變采集及分析

2.1 海南試驗場耐久道路工況

海南瓊海熱帶汽車試驗場是我國首個汽車試驗場，是現代化濕熱氣候的汽車試驗基地，擁有可靠性試驗路、強化腐蝕路等路面[3]。本文研究的駕駛室開展的是壞路考核試驗，主要包括扭曲路、石塊路、條石路、鵝卵石路、陡坡路、魚鱗路、陰井蓋路、搓板路、波形路等路面（圖2）。

2.2 駕駛室應力應變采集

本文在海南試驗場進行了駕駛室應力應變采集試驗，應變計為三向應變計，布點布置如圖3所示。主要目的是獲得失效位置及沿線焊點處鈑金應變數據。

2.3 駕駛室應變測試數據分析

本文在海南試驗場進行了三輪壞路工況駕駛室應力應變數據采集試驗，試驗結果如圖4。由圖4a可知，測點1（失效位置處）應力達到201MPa，遠超鈑金材料本身屈服強度，測點2-測點6應力較小，在50MPa以內，測點7應力為85MPa，且所有測點最大應力都出現于魚鱗坑路面。

3 駕駛室CAE結構強度優化分析

3.1 基礎駕駛室強度分析

本文采用Hyperworks軟件建立某駕駛室有限元模型，單元類型為QUAD4 及少量板殼單元來劃分，網格尺寸大小為6mm，材料為常見的DC01-DC06系列，有限元模型如圖5。

駕駛室強度分析工況：靜態工況，對扭工況，制動工況，轉彎工況工況。基礎駕駛室強度分析應力結果云圖如圖6，最大應力值見表1。

3.2 優化方案強度分析

基于實測應變數據分析及基礎方案強度分析，主要來自對扭工況影響，本文提出性價比高的優化方案Opt1鈑金搭接增加結構膠，其強度分析結果如圖8所示，應力得到大幅下降。

4 結論

本文基于Hyperworks軟件，對某輕卡駕駛室進行了強度分析，同時在試驗場進行了駕駛室應力應變采集，駕駛室鈑金應力較大的響應來源于魚鱗坑路，最后進行了駕駛室結構優化，CAE強度分析滿足目標要求，同時路試驗證通過。

參考文獻

[1] 劉麗亞.商用車駕駛室乘員安全性仿真分析與試驗研究[D].吉林： 吉林工業大學，2011.

[2] 雷飛，李貴濤.高強度鋼在商用車正碰安全性設計中的應用研究 [J]機械強度，2017，39（1）：71-78.

[3] 龔紅兵.海南汽車試驗場可靠性試驗強化系數的計算[J]汽車研究與開發，1997，26（1）：35-39.