某雙排輕卡駕駛室結(jié)構(gòu)力學(xué)性能仿真研究

郭浩，黃勤，孫麗娟，劉剛

某雙排輕卡駕駛室結(jié)構(gòu)力學(xué)性能仿真研究

郭浩1，黃勤1，孫麗娟2，劉剛3

（1.江西五十鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330010；2.江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，江西 南昌 330013；3.吉安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江西 吉安 343000）

文章基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)，靜強度和扭轉(zhuǎn)剛度分析，結(jié)果顯示，此雙排輕卡駕駛室前四階模態(tài)有效避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率，而扭轉(zhuǎn)剛度滿足設(shè)計目標(biāo)，同時，雙排駕駛室四工況下最大塑性應(yīng)變達(dá)成設(shè)計目標(biāo)，綜合評估該雙排輕卡駕駛室力學(xué)性能符合設(shè)計要求。

雙排輕卡；駕駛室；力學(xué)性能

1 引言

隨著國家電子商業(yè)和城市物流行業(yè)的飛速發(fā)展，商用車輕卡銷量得到迅猛增長，由于其經(jīng)濟(jì)性和便利性，已經(jīng)成為運輸快遞件等商品的必然選擇[1-2]。與此同時，城市物流和城際運輸對于可乘坐多人的輕卡的需求也日益增大，因此開發(fā)符合市場需求的雙排輕卡具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，目前輕卡行業(yè)駕駛室主要形式為平頭駕駛室，駕駛室本體結(jié)構(gòu)剛強度需保證設(shè)計目標(biāo)要求，其對乘員的安全保障有著直接決定性影響[3-5]，因此，研究雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)力學(xué)性能具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會價值。

本文基于有限元法，采用Hyperworks和ABAQUS軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)分析，得到其前四階模態(tài)，均有效避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率，同時進(jìn)行了該駕駛室的扭轉(zhuǎn)剛度分析，得到其扭轉(zhuǎn)剛度滿足設(shè)計目標(biāo)，最后，進(jìn)行了雙排駕駛室CAE強度分析，在輪胎對扭工況，上抬工況，轉(zhuǎn)彎工況下，駕駛室最大塑性應(yīng)變均小于目標(biāo)值，綜合評估該標(biāo)載雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)力學(xué)性能符合設(shè)計目標(biāo)。

2 雙排駕駛室CAE模態(tài)分析

2.1 雙排駕駛室有限元模型

本文采用Hypermesh軟件，對某商用雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了建模，網(wǎng)格大小6mm，白車身鈑金材料為常見的DC系列，彈性模量E為210000MPa，玻璃材料彈性模量為71000MPa，泊松比為0.25，前風(fēng)窗玻璃與鈑金采用玻璃膠固聯(lián)，玻璃膠采用Seam單元模擬，點焊單元選擇Spot單元，雙排駕駛室系統(tǒng)重量270kg，有限元模型如圖1所示。

圖1 某雙排輕卡駕駛室有限元模型

2.2 雙排輕卡駕駛室CAE模態(tài)分析

本文對某商用輕卡駕駛室進(jìn)行了CAE模態(tài)分析，模態(tài)計算截取頻率段為0-55Hz，得到圖2所示的該駕駛室前四階頻率和振型，其中一階模態(tài)頻率為24.1Hz，為駕駛室一階彎曲模態(tài)振型，二階模態(tài)頻率為25.1Hz，為駕駛室扭轉(zhuǎn)模態(tài)振型，三階模態(tài)頻率值為30.8Hz，為駕駛室呼吸模態(tài)振型，四階模態(tài)頻率值為31.5Hz，為駕駛室頂棚局部模態(tài)振型，前四階模態(tài)都避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率25.6Hz，達(dá)成設(shè)計目標(biāo)。

圖2 某雙排輕卡駕駛室自由模態(tài)分析結(jié)果

3 雙排駕駛室CAE強度分析

本文對某商用雙排輕卡駕駛室進(jìn)行了強度分析，邊界載荷為車身硬點處載荷，采用慣性釋放法，分析工況為車輪上抬工況，扭轉(zhuǎn)工況，轉(zhuǎn)彎工況，強度模型如圖3所示。

圖3 某雙排輕卡駕駛室強度模型

本文按照上述強度三個工況，對駕駛室進(jìn)行強度分析，得到如圖4所示的應(yīng)變計算結(jié)果，在Case1車輪上抬工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.16%，在Case2對扭工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.36%，在Case3轉(zhuǎn)彎工況，駕駛室最大塑性應(yīng)變值PEEQ為0.20%，均滿足設(shè)計目標(biāo)要求（最大塑性應(yīng)變PEEQ<0.3%）。

圖4 某雙排輕卡駕駛室強度分析應(yīng)變云圖

本文同時對該駕駛室進(jìn)行了開口變形分析，選擇如圖5所示的變形測點位置，統(tǒng)計在上述轉(zhuǎn)彎工況、上抬工況和對扭工況下的變形量，得到表1的分析結(jié)果，從表中可以推出此雙排駕駛室各測點變形量都小于目標(biāo)設(shè)計值，達(dá)成設(shè)計目標(biāo)。

圖5 某雙排輕卡駕駛室開口變形位置測點示意圖

4 駕駛室CAE剛度分析

本文對某商用雙排輕卡駕駛室進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)剛度分析，加載邊界條件如圖6所示，約束駕駛室前連接點和后安裝點右側(cè)全部自由度，在后安裝點左右側(cè)分別施加載荷大小F= 1500N，測量加載點Z向位移。

表1 某雙排輕卡駕駛室開口變形量結(jié)果匯總表

本文按照上述邊界條件進(jìn)行分析加載后，得到如圖7所示的雙排駕駛室扭轉(zhuǎn)剛度分析結(jié)果，其中左側(cè)測量點Z向位移為2.41mm，右側(cè)測量點Z向位移為2.42mm，經(jīng)過計算得到此雙排輕卡駕駛室扭轉(zhuǎn)剛度值T=7058Nm/deg，滿足設(shè)計目標(biāo)（T>6500Nm/deg）。

5 結(jié)論

本文基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對某雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)進(jìn)行了CAE模態(tài)，靜強度和扭轉(zhuǎn)剛度分析，結(jié)果顯示：

（1）雙排駕駛室前四階模態(tài)振型分別為一階彎曲模態(tài)，二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)，三階呼吸模態(tài)，四階頂棚局部模態(tài)，其頻率值均有效避開了發(fā)動機(jī)怠速頻率；

（2）雙排駕駛室在車輪上抬工況，對扭工況，轉(zhuǎn)彎工況下，其最大塑性應(yīng)變值遠(yuǎn)小于0.3%，滿足設(shè)計目標(biāo)；

（3）雙排輕卡駕駛室扭轉(zhuǎn)剛度值T=7058Nm/deg，滿足設(shè)計目標(biāo)（T>6500Nm/deg）；

（4）綜合評估本文研究對象雙排輕卡駕駛室系統(tǒng)力學(xué)性能符合設(shè)計目標(biāo)。

[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] 雷飛,李貴濤.高強度鋼在商用車正碰安全性設(shè)計中的應(yīng)用研究 [J].機(jī)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(shù)的計算[J].汽車研究與開發(fā),1997,26(1):35-39.

[4] 楊神林.基于Hyperworks的某駕駛室結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化研究[J].汽車實用技術(shù),2020,19(1):32-34.

[5] 黃勤.基于LS-dyna的某輕卡駕駛室正面碰撞安全性能研究[J].南方農(nóng)機(jī),2020,11(1):25-29.

Simulation study on mechanical properties of a commercial double row light truck cab

Guo Hao1, Huang Qin1, Sun Lijuan2, Liu Gang3

( 1.Product Development & Technical Center, Jiangxi-Isuzu Motors Co, Ltd, Jiangxi Nanchang 330010; 2.Department of Automotive Engineering, Jiangxi V&T College of Communications, Jiangxi Nanchang 330013; 3.An Vocational and Technical College, Jiangxi Nanchang 343000 )

In this paper, base on the finite element method and ABAQUS software, the CAE model, torsion stiffness and strength analysis of a commercial double row light cab system are carried out. The results show that the first four models of the cab effectively avoid the idle frequency of the engine, while the torsion stiffness meet the design objectives. And the maximum plastic strain of the cab under four working conditions achieves the design goal, so the commercial vehicle cab is comprehensively evaluated. The mechanical properties of this cab meet the design requirements.

Double row light truck;Cab;Mechanical properties

A

1671-7988(2020)24-114-03

U467

A

1671-7988(2020)24-114-03

郭浩，就職于江西五十鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2020.24.038

CLC NO.: U467