谈双排轻卡驾驶室结构力学性能仿真

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摘要：文章基于有限元法，采用ABAQUS软件，对某商用双排轻卡驾驶室系统进行了CAE模态，静强度和扭转刚度分析，结果显示，此双排轻卡驾驶室前四阶模态有效避开了发动机怠速频率，而扭转刚度满足设计目标，同时，双排驾驶室四工况下最大塑性应变达成设计目标，综合评估该双排轻卡驾驶室力学性能符合设计要求。

关键词：双排轻卡；驾驶室；力学性能

1引言

随着国家电子商业和城市物流行业的飞速发展，商用车轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输快递件等商品的必然选择[1-2]。与此同时，城市物流和城际运输对于可乘坐多人的轻卡的需求也日益增大，因此开发符合市场需求的双排轻卡具有良好的社会和经济效益，目前轻卡行业驾驶室主要形式为平头驾驶室，驾驶室本体结构刚强度需保证设计目标要求，其对乘员的安全保障有着直接决定性影响[3-5]，因此，研究双排轻卡驾驶室系统力学性能具有重要的经济和社会价值。本文基于有限元法，采用Hyperworks和ABAQUS软件，对某商用双排轻卡驾驶室系统进行了CAE模态分析，得到其前四阶模态，均有效避开了发动机怠速频率，同时进行了该驾驶室的扭转刚度分析，得到其扭转刚度满足设计目标，最后，进行了双排驾驶室CAE强度分析，在轮胎对扭工况，上抬工况，转弯工况下，驾驶室最大塑性应变均小于目标值，综合评估该标载双排轻卡驾驶室系统力学性能符合设计目标。

2双排驾驶室CAE模态分析

2.1双排驾驶室有限元模型

本文采用Hypermesh软件，对某商用双排轻卡驾驶室系统进行了建模，网格大小6mm，白车身钣金材料为常见的DC系列，弹性模量E为210000MPa，玻璃材料弹性模量为71000MPa，泊松比为0.25，前风窗玻璃与钣金采用玻璃胶固联，玻璃胶采用Seam单元模拟，点焊单元选择Spot单元，双排驾驶室系统重量270kg，有限元模型如图1所示。

2.2双排轻卡驾驶室CAE模态分析

本文对某商用轻卡驾驶室进行了CAE模态分析，模态计算截取频率段为0-55Hz，得到图2所示的该驾驶室前四阶频率和振型，其中一阶模态频率为24.1Hz，为驾驶室一阶弯曲模态振型，二阶模态频率为25.1Hz，为驾驶室扭转模态振型，三阶模态频率值为30.8Hz，为驾驶室呼吸模态振型，四阶模态频率值为31.5Hz，为驾驶室顶棚局部模态振型，前四阶模态都避开了发动机怠速频率25.6Hz，达成设计目标。

3双排驾驶室CAE强度分析

本文对某商用双排轻卡驾驶室进行了强度分析，边界载荷为车身硬点处载荷，采用惯性释放法，分析工况为车轮上抬工况，扭转工况，转弯工况，强度模型如图3所示。本文按照上述强度三个工况，对驾驶室进行强度分析，得到如图4所示的应变计算结果，在Case1车轮上抬工况，驾驶室最大塑性应变值PEEQ为0.16%，在Case2对扭工况，驾驶室最大塑性应变值PEEQ为0.36%，在Case3转弯工况，驾驶室最大塑性应变值PEEQ为0.20%，均满足设计目标要求（最大塑性应变PEEQ<0.3%）。本文同时对该驾驶室进行了开口变形分析，选择如图5所示的变形测点位置，统计在上述转弯工况、上抬工况和对扭工况下的变形量，得到表1的分析结果，从表中可以推出此双排驾驶室各测点变形量都小于目标设计值，达成设计目标。

4驾驶室CAE刚度分析

本文对某商用双排轻卡驾驶室进行了扭转刚度分析，加载边界条件如图6所示，约束驾驶室前连接点和后安装点右侧全部自由度，在后安装点左右侧分别施加载荷大小F=1500N，测量加载点Z向位移。本文按照上述边界条件进行分析加载后，得到如图7所示的双排驾驶室扭转刚度分析结果，其中左侧测量点Z向位移为2.41mm，右侧测量点Z向位移为2.42mm，经过计算得到此双排轻卡驾驶室扭转刚度值T=7058Nm/deg，满足设计目标（T>6500Nm/deg）。

5结论

本文基于有限元法，采用ABAQUS软件，对某双排轻卡驾驶室系统进行了CAE模态，静强度和扭转刚度分析，结果显示：（1）双排驾驶室前四阶模态振型分别为一阶弯曲模态，二阶扭转模态，三阶呼吸模态，四阶顶棚局部模态，其频率值均有效避开了发动机怠速频率；（2）双排驾驶室在车轮上抬工况，对扭工况，转弯工况下，其最大塑性应变值远小于0.3%，满足设计目标；（3）双排轻卡驾驶室扭转刚度值T=7058Nm/deg，满足设计目标（T>6500Nm/deg）；（4）综合评估本文研究对象双排轻卡驾驶室系统力学性能符合设计目标。

参考文献

[1]周冬龙.基于虚拟迭代的某轻卡后桥疲劳分析研究[D].山西:中北大学,2019.

[2]雷飞,李贵涛.高强度钢在商用车正碰安全性设计中的应用研究[J].机械强度,2017,39(1):71-78.

[3]龚红兵.海南汽车试验场可靠性试验强化系数的计算[J].汽车研究与开发,1997,26(1):35-39.

[4]杨神林.基于Hyperworks的某驾驶室结构强度优化研究[J].汽车实用技术,2020,19(1):32-34.

[5]黄勤.基于LS-dyna的某轻卡驾驶室正面碰撞安全性能研究[J].南方农机,2020,11(1):25-29.

作者：郭浩 黄勤 孙丽娟 刘刚 单位：江西五十铃汽车股份有限公司