...于ANSYS的客车车身结构分析及其轻量化设计

李发法++王冰辉

[摘 要]随着我国国民经济的发展提高，在一定程度上提升广大人民群众自身的生活质量水平，人们对于客车车身结构的轻量化设计方面，对其的重视程度不断增强。客车的轻量化不光能够在很大程度上减少客车的能源消耗、尾气排放等方面问题，在对客车自身的动力性能、稳定性能、舒适性方面也是有所提升。下文重点阐述关于客车车身结构的轻量化设计。

[关键词]客车；车身结构；轻量化；有效设计；分析总结

中图分类号：TE331 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0392-01

前言：随着我国汽车领域的高速发展，为广大人民群众在日常生活以及工作当中，提供更高的便捷以及舒适性，尤其是针对于客车来讲，更是为人类带来巨大的经济以及社会价值效应。但是，随着汽车工业领域的高速发展背景下，也为我国带来了不同程度问题。具体包括了：能源、环境、客车高级化等方面的问题，这也就是使得客车车身结构的轻量化自身所占据的重要意义，受到了高度的重视。

一、客车车身骨架的有限元分析

（一）客车车身骨架有限元模型的建立

目前来看，大客车的车身骨架结构上，主要是由梁、管、杆组合而成的，这样就能够通过使用空间梁的方式，来对其进行模拟化的计算。但是，在使用梁单元进行模拟计算过程当中，由于精准度不强，依照于客车车身自身骨架结构所拥有的各种特点上来分析，是能够将整体车身骨架建立成，板壳单元的有限元计算模型上。在将壳单元计算与梁单元计算之间尽心对比，精准度要明显高出许多。

板壳单元当中的模型，不光是可以将其用来计算整个客车车身骨架的应力分布方面，还能够对客车车身骨架当中的一些局部应力状况进行计算，这样做的主要目的是为了能够在最大限度上便于后续，对客车车身的一些局部结构进行调整、改进工作的实时展开[1]。

但是，并不意味着板壳单元自身在实际建立有限元模型过程中，不存在缺陷问题，主要包括：進行建立的过程中，前期所需要处理的工作量，明显超过于梁单元所需要处理的工作量，相对来讲自身在计算过程时所需要使用的时间也是较长。但是在面对这个缺陷问题时，是会随着我国计算机领域的高速发展得到有效的解决。所以，在本文当中，主要是通过使用板壳单元的方式，对客车车身骨架进行有限元的计算[2]。

（二）建立客车车身骨架有限元模型

需要先对整个客车车身模型进行适当的简化。主要是缩短，建模需要使用的时间以及进行有限元计算所需要使用的时间。在本文当中所重点阐述的缩短建模时间上，是需要遵守以下几方面原则：1.省略掉一些非承载件以及功能件。因为在整个客车车身骨架中的部分结构上，仅仅只是为能够满足结构或是功能所提出的要求对其设置，并不完全是依照于客车车身自身强度要求进行设定。2.对构件当中的小孔界面形状特性进行适当的简化。这里主要是因为它们对截面的整体特性影响程度并不高，是可以在进行建模的过程当中适当的对其简化[3]。

（三）车身骨架结构网格划分

在进行客车车身骨架有限元网格划分的过程当中，一定要增强反复试验与比较的重视度。与此同时，还可以适当的参考一些相关的划分网格的经验.。主要是因为网格的实时划分，在整个有限元分析工作开展过程当中占据重要的地位，网格质量的好与坏，能够在很大程度上影响求解的精准度。

有限元分析中的求解规模以及时间，是需要网格数量以及类型来决定。通常情况来讲，网格数量越多意味着求解所需要使用的时间越长，但网格数量越少那么对求解过程中的精准度则是不够，两者之间呈现出互相制约的状态。划分网格作为，开展后续有限元处理过程中的基础性工作，自身不光费时还具有较强的繁琐性，这也就使得在划分网格工作，大部分是要取决于相关工作者自身的技巧以及经验[4]。

二、客车车身拓扑优化设计

站在本质的角度上来看，拓扑优化是可以将其称之为结构布局优化，是在进行设计空间过程中，不断的找寻最佳的结构布局形式以及传力途径，从而在很大成上提升材料的使用效率。

客车车身拓扑优化模型的建立。在对客车车身骨架进行拓扑优化设计过程当中，一定需要先将整个客车车身骨骨架所需要设计的区域进行定义，在进行定义设计区域中，依照于尽可能选择较大的车身结构区域作为总体的设计空间，以及在最大限度上将拓扑优化自身所存在着诸多潜力优势挖掘出来，还要将一些装配等因素的实际情况考虑在其中的一些基础性原则。在进行客车车顶结构优化的过程当中，如果客车顶棚存在两个或者是两个以上的天窗，那么在进行拓扑优化时，是可以整个顶棚作为一个拓扑区域的，然后，在对拓扑优化所得到的结果进行处理的过程时，为其预留两个或是多个天窗的实际位置。

在对客车车身前围结构进行拓扑优化设计的过程时，预先为其留足前风挡玻璃的位置，抛除之后将剩下的其它部分，作为需要拓扑优化的区域范围。客车车身后窗与前窗相对来讲要小些。所以，为了能够在最大限度上将拓扑自身所存在的优化潜能发挥到极致，那么完全可以将整个客车车身的后围作为一个需要被拓扑优化的区域，在进行后续处理的过程时，在将客车的后风窗玻璃的安装考虑其中。

进行客车车身两侧围进行拓扑区域优化的过程时，是需要为其各自预留相应的侧窗位置。此外，在进行右围设计过程当中，需要为其预留前门以及紧急逃生门，然后再将整个地板作为一个完整的需要被拓扑的区域，地板与客车两边的侧围，是需要通过使用共节点来进行连接的。此外，还要将行李架与地板之间的所有支撑梁，都将其作为需要被拓扑优化的区域范围，这样做的主要目的，是为了能够从根本上减轻整个客车车身的所有结构重量[5]。

结论：综上所述，本文主要对客车车身结构的有限元分析以及拓扑优化方面，进行重点阐述，期望为相关人员在面对此种问题时提供一些参考建议，只有不断增强对客车车身结构的轻量化设计的重视程度，才能够更好的推动车身轻量化设计领域的发展进程，才能够在一定程度上降低客车车身对生态环境造成的污染程度。

参考文献

[1] 兰凤崇，庄良飘，钟阳，陈吉清，韦兴民.乘用车车身结构轻量化设计技术研究与实践[J].汽车工程，2010，09：763-768+773.

[2] 那景新，何洪军，闫亚坤，陈立军.基于构件内力优化的车身结构轻量化设计[J].吉林大学学报（工学版），2010，06：1492-1496.

[3] 赵鹏飞，王丽娟，陈宗渝，方柘林，涂晴.基于自适应响应面法的车身结构轻量化设计[J].南昌大学学报（工科版），2014，03：247-251.

[4] 高伟，邓召文，方超.EQ6110PF客车车身骨架静动态分析与轻量化设计[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2011，01：136-140+151.

[5] 胥志刚，林忠钦，来新民，王皓.面向车身结构轻量化设计的水平集拓扑优化[J].上海交通大学学报，2007，09：1393-1396+1401.