基于Nastran的某輕卡欄板輕量化仿真優化研究

楊新超

摘 要：文章基于有限元法，采用Nastran軟件，對某商用輕卡的基礎普鋼窄尺寸欄板、基礎普鋼寬尺寸欄板、高強鋼窄尺寸欄板和高強鋼寬尺寸欄板共計四種上裝方案進行了CAE剛度和強度分析，對比結果顯示，兩款高強鋼欄板方案較基礎方案結構強度性能得到提升，重量較基礎普鋼貨柜減輕達到49kg和93Kg，輕量化效果顯著。

關鍵詞：輕卡;欄板;輕量化

中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）19-94-03

Simulation and optimization of light truck breast board lightweight based on Nastran

Yang Xinchao

（ Jiangxi Jiangling Special Vehicle Factory Co， Ltd， Product technology Department， Jiangxi Nanchang 330001 ）

Abstract： Based on the finite element method and NASTRAN software， this paper analyzes the CAE stiffness and strength of four kinds of top mounting schemes of a commercial light truck， including the narrow size breast board of basic steel， the wide size breast board of basic common steel， the narrow size breast board of high strength steel and the wide size breast board of high strength steel. The comparison results show that the structural strength performance of the two high-strength steel breast board schemes is improved compared with the basic scheme， and the weight is relatively basic The reduction of container weight of Chupu steel reached 49kg and 93kg， and the lightweight effect was significant.

Keywords： Light truck; Container; Lightweight

CLC NO.： U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）19-94-03

1 引言

隨著國家經濟飛速發展，輕卡銷量得到迅猛增長，由于其經濟性和便利性，已經成為運輸貨物的必然選擇[1]。與此同時，隨著國六排放法規等政策的陸續出臺，國家對于汽車行業提出了更高更嚴的要求，在此背景下，汽車輕量化設計成為全行業競爭高地和重要發展方向。汽車輕量化技術，旨在保證汽車的強度、剛度和安全等性能的前提下，盡可能地減輕整備質量，進而提高汽車工作性能，實現低碳綠色環保可持續發展。貨柜系統，是商用車核心承載部件，其重量占整車比高達30%以上[2-3]，因此，研究商用車欄板柜輕量化方案具有重要的經濟和社會價值。

本文基于有限元法，采用Nastran軟件，對某商用輕卡的基礎普鋼窄尺寸欄板、基礎普鋼寬尺寸欄板、高強鋼窄尺寸欄板和高強鋼寬尺寸欄板共計四種上裝方案進行了CAE剛度和強度分析，對比結果顯示，兩款高強鋼欄板方案較基礎方案結構強度性能得到提升，重量較基礎普鋼貨柜減輕達到49kg和93Kg，輕量化效果顯著。

2 窄尺寸高強鋼欄板輕量化CAE分析

本文對某輕卡基礎窄尺寸欄板和高強鋼欄板進行了CAE剛度和強度分析，窄欄板尺寸為長度4100mm、寬度為2050mm、高度為380mm，基于普鋼欄板基礎上，減少立柱數量和加強板的數量及厚度，其材料由Q235提升至高強鋼REH420LA，對應的材料屈服強度由235MPa增大至420MPa。CAE分析邊界條件如圖1，約束車架與貨柜安裝點的全自由度。

本文按照上述工況，對基礎窄尺寸欄板和高強鋼欄板進行了剛度和強度對比分析，得到圖2分析結果，基礎普鋼欄板貨架立檔位移為2.7mm，左側圍位移為10.3mm，后圍板位移為2.4mm，材料提升至高強鋼，高強鋼欄板貨架立檔位移為2.3mm，左側圍位移為8.7mm，后圍板位移為1.9mm，匯總結果如表1，欄板重量由453kg減輕至360kg，輕量化效果較理想。

3 寬尺寸高強鋼欄板輕量化CAE分析

本文采用Nastran軟件，對某商用車輕卡基礎寬尺寸普鋼欄板和高強鋼寬尺寸欄板進行了CAE剛度和強度分析，欄板尺寸為長度4100mm、寬度為2300mm、高度為550mm，基礎欄板材料為Q235和DC01，高強鋼欄板材料為REH 420LA和H380LA，其屈服強度達到380MPa和420MPa，剛度分析邊界條件為約束車架與欄板安裝點的全自由度，在貨架立檔、左右側圍和后圍板中心區域施加1000N面力，強度工況加載為3.5g的Z向靜力場，底板均勻施加3.2T貨物質量。

本文按照上述工況，得到圖5的CAE對比分析結果， 基礎普鋼欄板貨架立檔最大位移為5mm，左側圍位移為4.9mm，后圍板位移為2.4mm，而鈑金材料提升至高強鋼后，高強鋼欄板貨架立檔最大位移為3.9mm，左側圍位移為3.8mm，改善效果顯著，匯總結果如表2，欄板重量由453kg減輕至360kg，輕量化效果非常可觀。

4 結論

本文基于有限元法，對對某商用輕卡的基礎普鋼窄尺寸欄板、基礎普鋼寬尺寸欄板、高強鋼窄尺寸欄板和高強鋼寬尺寸欄板共計四種上裝方案進行了CAE剛度和強度分析強度分對比結果顯示：

高強鋼欄板性能較基礎方案結構強度性能得到提升;

相較于基礎普鋼欄板，兩款高強鋼欄板方案較基礎方案

結構強度性能得到提升，重量較基礎普鋼貨柜減輕達到49kg和93Kg，輕量化效果顯著。

參考文獻

[1] 周冬龍.基于虛擬迭代的某輕卡后橋疲勞分析研究[D].山西：中北大學，2019.

[2] 胡銀萍.簡述輕量化上裝的有限元分析[J]汽車實用技術2019， 12（1）：24-28.

[3] 童波.結構優化和新材料技術對商用車輕量化的影響[J]汽車零部件2015，10（1）：36-39.