談雙排輕卡駕駛室結構力學性能仿真

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摘要：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進行了CAE模態，靜強度和扭轉剛度分析，結果顯示，此雙排輕卡駕駛室前四階模態有效避開了發動機怠速頻率，而扭轉剛度滿足設計目標，同時，雙排駕駛室四工況下最大塑性應變達成設計目標，綜合評估該雙排輕卡駕駛室力學性能符合設計要求。

關鍵詞：雙排輕卡；駕駛室；力學性能

1引言

隨著國家電子商業和城市物流行業的飛速發展，商用車輕卡銷量得到迅猛增長，由于其經濟性和便利性，已經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，因此開發符合市場需求的雙排輕卡具有良好的社會和經濟效益，目前輕卡行業駕駛室主要形式為平頭駕駛室，駕駛室本體結構剛強度需保證設計目標要求，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力學性能具有重要的經濟和社會價值。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進行了CAE模態分析，得到其前四階模態，均有效避開了發動機怠速頻率，同時進行了該駕駛室的扭轉剛度分析，得到其扭轉剛度滿足設計目標，最后，進行了雙排駕駛室CAE強度分析，在輪胎對扭工況，上抬工況，轉彎工況下，駕駛室最大塑性應變均小于目標值，綜合評估該標載雙排輕卡駕駛室系統力學性能符合設計目標。

2雙排駕駛室CAE模態分析

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進行了建模，網格大小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，前風窗玻璃與鈑金采用玻璃膠固聯，玻璃膠采用Seam單元模擬，點焊單元選擇Spot單元，雙排駕駛室系統重量270kg，有限元模型如圖1所示。

2.2雙排輕卡駕駛室CAE模態分析

本文對某商用輕卡駕駛室進行了CAE模態分析，模態計算截取頻率段為0-55Hz，得到圖2所示的該駕駛室前四階頻率和振型，其中一階模態頻率為24.1Hz，為駕駛室一階彎曲模態振型，二階模態頻率為25.1Hz，為駕駛室扭轉模態振型，三階模態頻率值為30.8Hz，為駕駛室呼吸模態振型，四階模態頻率值為31.5Hz，為駕駛室頂棚局部模態振型，前四階模態都避開了發動機怠速頻率25.6Hz，達成設計目標。

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，扭轉工況，轉彎工況，強度模型如圖3所示。本文按照上述強度三個工況，對駕駛室進行強度分析，得到如圖4所示的應變計算結果，在Case1車輪上抬工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.16%，在Case2對扭工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.36%，在Case3轉彎工況，駕駛室最大塑性應變值PEEQ為0.20%，均滿足設計目標要求（最大塑性應變PEEQ<0.3%）。本文同時對該駕駛室進行了開口變形分析，選擇如圖5所示的變形測點位置，統計在上述轉彎工況、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設計值，達成設計目標。

4駕駛室CAE剛度分析

本文對某商用雙排輕卡駕駛室進行了扭轉剛度分析，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全部自由度，在后安裝點左右側分別施加載荷大小F=1500N，測量加載點Z向位移。本文按照上述邊界條件進行分析加載后，得到如圖7所示的雙排駕駛室扭轉剛度分析結果，其中左側測量點Z向位移為2.41mm，右側測量點Z向位移為2.42mm，經過計算得到此雙排輕卡駕駛室扭轉剛度值T=7058Nm/deg，滿足設計目標（T>6500Nm/deg）。

5結論

本文基于有限元法，采用ABAQUS軟件，對某雙排輕卡駕駛室系統進行了CAE模態，靜強度和扭轉剛度分析，結果顯示：（1）雙排駕駛室前四階模態振型分別為一階彎曲模態，二階扭轉模態，三階呼吸模態，四階頂棚局部模態，其頻率值均有效避開了發動機怠速頻率；（2）雙排駕駛室在車輪上抬工況，對扭工況，轉彎工況下，其最大塑性應變值遠小于0.3%，滿足設計目標；（3）雙排輕卡駕駛室扭轉剛度值T=7058Nm/deg，滿足設計目標（T>6500Nm/deg）；（4）綜合評估本文研究對象雙排輕卡駕駛室系統力學性能符合設計目標。

參考文獻

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[4]楊神林.基于Hyperworks的某駕駛室結構強度優化研究[J].汽車實用技術,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].南方農機,2020,11(1):25-29.

作者：郭浩 黃勤 孫麗娟 劉剛 單位：江西五十鈴汽車股份有限公司