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乘用车顶部抗压强度有限元分析

发布于:2024-07-30 20:00
有限元分析

      文献中规定,试验后座垫上方应有不小于900mm的净高度;地板处向上应有不小于1350mm的净高度;轻型专用校车的通道高度应不小于1440mm。通过结果模型测量得到,车身在承受1.5倍车装备质量载荷时,车身底板处向上的最小高度为1634.8mm,满足标准规定要求。
      2011年初,我国正式发布的《乘用车顶部抗压强度》,主要参照文献制定,主要有限元分析验证乘用车前上部结构强度。要求车身通过车架与地而刚性连接固定,保证车轮不与地而接触。通过762mmx1829mm。的矩形刚性墙对车顶加载,刚性墙的侧翻角a=25°,俯仰角5°。刚性墙与车身的接触摩擦因数为0.3,并以慢匀速沿其法向向下连续加载。法规要求车身顶部结构在承受1.5倍整备质量的载荷(若该载荷超过22240N,则取22240N)后,顶部变形量不得超过127mm。仿真结果变形如图所示。在顶部变形量一定时,接触力越大,承载能力越强。
      仿真得到的接触力一时间曲线如图所示。该型车的整车整备质量为2850kg,在顶部接触力达到22240N时,对应的刚性墙加载位移是25.34mm,变形量远小于标准规定的127mm。要求。在113ms时,顶部接触力达到最大值为50223.7N,超出标准要求。因此,该车顶结构的抗压强度符合文献的要求,同样满足乘用车顶部抗压强度标准规定。
      为对顶部变形有全面分析,本文采用文献动态试验法仿真测量车身顶部的变形,取滚翻角a=25°,俯仰角5°。调整车身初始位置,将其放置在距离水平地而500mm的上方。车辆受自重作用,从高处下落,通过该方法能够较好地模拟实车滚翻事故中车身顶部的变形情况,整车跌落模型初始位置如图所示。
      整车跌落车身顶部形变图,从中可以看出,客车右前部车身顶盖、前横梁、中横梁、后横梁及立柱在车体接触地而时受到了强烈的冲击载荷,产生了较大的塑性变形。另外,从图中还可以看到,车体接触到地而的瞬间,巨大的冲击力使右侧立柱和顶部横梁发图整车跌落车身顶部变形图生弯曲变形,接着冲击力通过顶部横梁被传递到右侧,导致右侧立柱也产生弯曲变形。变形区主要集中在接触点临近区域,由于车体底架刚度比顶部立柱横梁刚度大很多,因此,车体底部基本没有变形。
      图是校车在与刚性地而碰撞过程中接触力的变化曲线。该中型校车的整备质量为2850kg,从图中可以看出,车顶承受的最大接触力为240281N,此时车顶的变形量达356.41mm,车身部件侵入到乘员生存空间,威胁乘员生命安全。从图中看到,在接触力满足标准要求下,对应的顶部变形量却不符合要求,而事故中车顶部结构的变形是影响乘员安全的关键因素。因此,车身上部结构需进行改进设计。
      图是2.3跌落仿真中的应力云图,从中可以看出,承受碰撞力的结构主要有:顶盖、顶部横梁、A柱、B柱和侧而结构件。为了提高车身顶部在滚翻事故中抗变形能力,可以通过优化关键结构件的截而、材料、厚度等提高车顶强度,降低乘员的伤害程度。
      在滚翻事故时,顶部第一根横梁及侧力柱受到强烈的冲击,并发生剧烈的变形,将第一根横梁和侧力柱的材料由原有抗拉强度为409MPa的冷轧钢替换成抗拉强度大于800MPa的高强度钢。从仿真结果发现,在顶部受到非垂直方向的载荷冲击时,顶部结构发生较大的位移变形,是由于顶部横梁与侧立柱之间的连接头发生的弯曲变形造成的,如图所示。


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