客車車身輕量化研究及疲勞分析.pdf

1、對客車車身骨架進(jìn)行輕量化設(shè)計，是目前客車生產(chǎn)制造的一大主流趨勢。實(shí)現(xiàn)客車質(zhì)量的減輕，既能夠減少油耗，進(jìn)而減少排放，又能增強(qiáng)客車安全性?？蛙囕p量化研究具有重大意義。
　　本文以某型客車車身骨架為研究對象，在有限元分析軟件AnsysWorkbench中建立梁單元的車身骨架有限元模型，對該模型進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、模態(tài)及疲勞壽命研究，基于研究結(jié)果對該骨架模型進(jìn)行輕量化改進(jìn)，然后對改進(jìn)的模型從強(qiáng)度、剛度及模態(tài)三個方面進(jìn)行驗(yàn)證。本文主要工作和結(jié)論

2、如下:
　　(1)對彎曲、扭轉(zhuǎn)、緊急制動及急轉(zhuǎn)彎四種工況進(jìn)行強(qiáng)度剛度計算，結(jié)果為:彎曲工況、扭轉(zhuǎn)工況下整車車身骨架安全系數(shù)都大于3，滿足經(jīng)驗(yàn)要求彎曲工況安全系數(shù)大于3，扭轉(zhuǎn)工況安全系數(shù)大于1.7的規(guī)定。彎曲工況的最大開口變形量為1.68mm，強(qiáng)度、剛度滿足相對應(yīng)指標(biāo)要求，扭轉(zhuǎn)工況的最大開口變形量在后門位置，達(dá)5.42mm，需要對其改進(jìn)，其他均符合剛度要求;緊急制動工況下車身骨架最大應(yīng)力為30.318MPa，最大位移是5.5127m

3、m，其強(qiáng)度剛度在工程要求范圍內(nèi);急轉(zhuǎn)彎工況下車身骨架最大應(yīng)力值為38.178MPa，最大位移為6.9573mm，整車強(qiáng)度剛度滿足要求。
　　(2)對客車車身骨架模態(tài)計算，結(jié)果為:客車車身骨架一階扭轉(zhuǎn)頻率為9.297Hz，一階垂向彎曲頻率為17.985Hz。這兩個頻率值大于懸架共振頻率4Hz且同時小于發(fā)動機(jī)怠速頻率24.33Hz，能夠防止整車發(fā)生共振;兩者之差大于3Hz，能夠防止二者發(fā)生耦合;客車車身骨架前八階自由模態(tài)的固有頻率值在

4、7.866Hz～22.102Hz之間，錯開發(fā)動機(jī)怠速激振頻率24.33Hz～25.67Hz，且錯開路面激勵頻率3Hz，能夠保持車身行駛過程中的穩(wěn)定性，降低噪音。
　　(3)提出兩種輕量化改進(jìn)方案。對兩種方案的輕量化模型進(jìn)行強(qiáng)度剛度及頻率校核，結(jié)果表明，方案一彎曲工況最大應(yīng)力為31.696MPa，較改進(jìn)前略有增大，最大開口變形為0.60mm，扭轉(zhuǎn)工況下最大應(yīng)力為56.889MPa，后門開口變形量由原來的5.42mm減小到4.68mm

5、，其他部位均小于5mm，強(qiáng)度剛度滿足要求，低階頻率值在8.227Hz～21.286Hz之間，滿足頻率要求;方案二彎曲工況最大應(yīng)力35.845MPa，最大變形為5.8088mm，扭轉(zhuǎn)工況最大應(yīng)力為55.400MPa，最大變形為9.3448mm，后門左右立柱最大相對位移差（開口變形值）在2mm之內(nèi)，強(qiáng)度剛度滿足要求，低階頻率值在8.119Hz～21.170Hz之間，滿足頻率要求。
　　(4)在Fatigue模塊對車身骨架進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)疲勞

6、計算分析，得到循環(huán)次數(shù)最少的單元節(jié)點(diǎn)位于前門立柱與底架連接處，大小是1.4675×105;其損傷度為6.814×10-6，在整車車身骨架中是損傷度最大的一處，即最薄弱處。且輕量化后客車車身骨架各單元節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命值以Q235鋼的S-N曲線中相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)仍有較大余量，疲勞性能滿足要求，能夠提高車身骨架材料利用率。
　　(5)經(jīng)過輕量化改進(jìn)后，方案一使整車減重175.1kg，方案二減重167.2kg，兩種方案理論上均滿足強(qiáng)度剛