基于ABAQUS的某商用重載輕卡駕駛室力學性能仿真研究

龔小輝，賀小明，孫麗娟，黃志翔

（1.江西五十鈴汽車股份有限公司 產品開發技術中心，江西 南昌 330010；2.江西交通職業技術學院 汽車工程系，江西 南昌 330013）

1 引言

隨著國家雙循環經濟政策的良好驅動，商用輕卡和重卡車型銷量節節攀升，由于其良好的裝載性能及經濟實惠性，已成為城鄉間物流配送的最佳選擇[1-2]。而且城際運輸對于裝載貨物重量的需求也日益增多，因此開發符合市場和卡車司機用戶需求的重載輕卡具有積極的社會效益，駕駛室自身結構剛強度需保證設計DVP要求，其對駕駛人員的安全保障有著直接影響[3-5]，所以研究重載輕卡駕駛室力學性能具有重要價值。

基于汽車結構力學和數值分析理論，采用 ABAQUS軟件，對某重載輕卡駕駛室系統進行了CAE模態分析，得到駕駛室本身的前四階模態，較好地避開了發動機怠速頻率，彎曲剛度分析結果滿足設計目標，最后進行了駕駛室強度分析，在輪胎上抬等工況下，駕駛室鈑金，最大塑性應變均小于目標值。

2 重載駕駛室CAE模態分析

2.1 重載駕駛室有限元模型

本文對重載輕卡駕駛室系統進行了建模，網格大小4mm，白車身鈑金材料為 DC01，泊松比為0.3，玻璃 Glass材料彈性模量為 71000MPa，泊松比為 0.25，駕駛室前風窗玻璃和車身鈑金采用玻璃膠建立關聯，點焊選擇Spot單元，重載駕駛室系統重量280kg，如圖1。

圖1 重載單排輕卡駕駛室有限元模型

2.2 重載單排輕卡駕駛室CAE模態分析

本文對該駕駛室進行了模態分析，仿真分析截取頻率段為0-50Hz，得到圖2的重載輕卡駕駛室的前序四階頻率振型，首階模態頻率為26.7Hz，是駕駛室一階整體彎曲模態振型，次階模態頻率為34.0Hz，為駕駛室呼吸振型，三階模態頻率值為 34.4Hz，為駕駛室整體扭轉振型，四階模態頻率值為42.4Hz，為駕駛室頂棚上下跳躍振型，該駕駛室前四階模態都避開了發動機怠速頻率25.6Hz，達成設計目標。

圖2 某重載單排輕卡駕駛室自由模態分析結果

3 重載駕駛室CAE強度分析

本文對該重載單排輕卡駕駛室進行了強度分析，邊界沖擊為：車身連接硬點處的載荷力，分析工況：左前車輪上抬工況，駕駛室扭轉工況，整車轉彎工況，模型如圖3。

圖3 駕駛室強度模型

按照如上述及的強度三工況，對某新款開發的駕駛室進行強度分析，得到如圖4的仿真結果，在Case1車輪上抬工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.02%，在Case2對扭工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.02%，在Case3轉彎工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.07%，滿足設計目標要求（最大塑性應變PEEQ＜0.2%）。

圖4 某重載單排輕卡駕駛室強度分析應變云圖

文章對該重載駕駛室，進行了開口處的塑性變形分析，選擇如圖5的監測點，數理統計在上述工況下的監測點變形位移量，得到表1結果，可以判斷，該重載駕駛室所有監測點變形量，都小于目標值。

圖5 某駕駛室開口變形位置測點示意圖

表1 某重載單排輕卡駕駛室開口變形量結果匯總表

4 駕駛室剛度分析

本文對該駕駛室進行了彎曲剛度分析，載荷條件如圖6，沖擊載荷施加點，位于駕駛室地板左右兩側，加載范圍為邊長為50mm的正方形，在駕駛室與底盤車架連接處全約束，載荷大小F=2500N。

圖6 某重載駕駛室彎曲剛度分析加載邊界示意圖

本文按照上述工況進行分析加載后，得到如圖7的駕駛室彎曲剛度結果，駕駛室左右側最大位移呈現基本對稱規律，此駕駛室剛度值 K=4555N/mm，滿足設計目標（K＞4300N/mm）。

圖7 某重載單排輕卡駕駛室彎曲剛度分析結果

5 結論

本文基于汽車結構力學和數值分析理論，采用ABAQUS軟件，對某重載輕卡駕駛室系統進行了模態和結構靜強度及彎曲剛度分析，結果表明：

（1）駕駛室前四階模態振型及頻率值均有效避開了發動機怠速頻率；

（2）駕駛室在車輪上抬工況，對扭工況，轉彎工況下，其最大塑性應變值遠小于0.2%，滿足設計目標；

（3）駕駛室彎曲剛度K=4555N/mm，目標值K＞4300N/mm，符合設計目標要求；

（4）綜合評估重載單排輕卡駕駛室系統力學性能符合設計目標。