基于NASTRAN的某輕卡欄板輕量化仿真優(yōu)化研究

楊新超

摘 要：文章基于有限元法，采用Nastran軟件，對(duì)某商用輕卡的基礎(chǔ)普鋼窄尺寸欄板、基礎(chǔ)普鋼寬尺寸欄板、高強(qiáng)鋼窄尺寸欄板和高強(qiáng)鋼寬尺寸欄板共計(jì)四種上裝方案進(jìn)行了CAE剛度和強(qiáng)度分析，對(duì)比結(jié)果顯示，兩款高強(qiáng)鋼欄板方案較基礎(chǔ)方案結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能得到提升，重量較基礎(chǔ)普鋼貨柜減輕達(dá)到49kg和93Kg，輕量化效果顯著。

關(guān)鍵詞：輕卡;欄板;輕量化

中圖分類號(hào)：U461 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）20-106-03

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.： U461 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）20-106-03

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，輕卡銷量得到迅猛增長(zhǎng)，由于其經(jīng)濟(jì)性和便利性，已經(jīng)成為運(yùn)輸貨物的必然選擇[1]。與此同時(shí)，隨著國(guó)六排放法規(guī)等政策的陸續(xù)出臺(tái)，國(guó)家對(duì)于汽車行業(yè)提出了更高更嚴(yán)的要求，在此背景下，汽車輕量化設(shè)計(jì)成為全行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)高地和重要發(fā)展方向。汽車輕量化技術(shù)，旨在保證汽車的強(qiáng)度、剛度和安全等性能的前提下，盡可能地減輕整備質(zhì)量，進(jìn)而提高汽車工作性能，實(shí)現(xiàn)低碳綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展。貨柜系統(tǒng)，是商用車核心承載部件，其重量占整車比高達(dá)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(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

本文基于有限元法，采用Nastran軟件，對(duì)某商用輕卡的基礎(chǔ)普鋼窄尺寸欄板、基礎(chǔ)普鋼寬尺寸欄板、高強(qiáng)鋼窄尺寸欄板和高強(qiáng)鋼寬尺寸欄板共計(jì)四種上裝方案進(jìn)行了CAE剛度和強(qiáng)度分析，對(duì)比結(jié)果顯示，兩款高強(qiáng)鋼欄板方案較基礎(chǔ)方案結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能得到提升，重量較基礎(chǔ)普鋼貨柜減輕達(dá)到49kg和93Kg，輕量化效果顯著。

2 窄尺寸高強(qiáng)鋼欄板輕量化CAE分析

本文對(duì)某輕卡基礎(chǔ)窄尺寸欄板和高強(qiáng)鋼欄板進(jìn)行了CAE剛度和強(qiáng)度分析，窄欄板尺寸為長(zhǎng)度4100mm、寬度為2050mm、高度為380mm，基于普鋼欄板基礎(chǔ)上，減少立柱數(shù)量和加強(qiáng)板的數(shù)量及厚度，其材料由Q235提升至高強(qiáng)鋼REH420LA，對(duì)應(yīng)的材料屈服強(qiáng)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(diǎn)的全自由度。

本文按照上述工況，對(duì)基礎(chǔ)窄尺寸欄板和高強(qiáng)鋼欄板進(jìn)行了剛度和強(qiáng)度對(duì)比分析，得到圖2分析結(jié)果，基礎(chǔ)普鋼欄板貨架立檔位移為2.7mm，左側(cè)圍位移為10.3mm，后圍板位移為2.4mm，材料提升至高強(qiáng)鋼，高強(qiáng)鋼欄板貨架立檔位移為2.3mm，左側(cè)圍位移為8.7mm，后圍板位移為1.9mm，匯總結(jié)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(qiáng)鋼欄板輕量化CAE分析

本文采用Nastran軟件，對(duì)某商用車輕卡基礎(chǔ)寬尺寸普鋼欄板和高強(qiáng)鋼寬尺寸欄板進(jìn)行了CAE剛度和強(qiáng)度分析，欄板尺寸為長(zhǎng)度4100mm、寬度為2300mm、高度為550mm，基礎(chǔ)欄板材料為Q235和DC01，高強(qiáng)鋼欄板材料為REH 420LA和H380LA，其屈服強(qiáng)度達(dá)到380MPa和420MPa，剛度分析邊界條件為約束車架與欄板安裝點(diǎn)的全自由度，在貨架立檔、左右側(cè)圍和后圍板中心區(qū)域施加1000N面力，強(qiáng)度工況加載為3.5g的Z向靜力場(chǎng)，底板均勻施加3.2T貨物質(zhì)量。

本文按照上述工況，得到圖5的CAE對(duì)比分析結(jié)果， 基礎(chǔ)普鋼欄板貨架立檔最大位移為5mm，左側(cè)圍位移為4.9mm，后圍板位移為2.4mm，而鈑金材料提升至高強(qiáng)鋼后，高強(qiáng)鋼欄板貨架立檔最大位移為3.9mm，左側(cè)圍位移為3.8mm，改善效果顯著，匯總結(jié)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(jié)論

本文基于有限元法，對(duì)某商用輕卡的基礎(chǔ)普鋼窄尺寸欄板、基礎(chǔ)普鋼寬尺寸欄板、高強(qiáng)鋼窄尺寸欄板和高強(qiáng)鋼寬尺寸欄板共計(jì)四種上裝方案進(jìn)行了CAE剛度和強(qiáng)度分析強(qiáng)度分對(duì)比，結(jié)果顯示：

高強(qiáng)鋼欄板性能較基礎(chǔ)方案結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能得到提升。

相較于基礎(chǔ)普鋼欄板，兩款高強(qiáng)鋼欄板方案較基礎(chǔ)方案結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能得到提升，重量較基礎(chǔ)普鋼貨柜減輕達(dá)到49kg和93Kg，輕量化效果顯著。

參考文獻(xiàn)

[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(xué)，2019.

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

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