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客车铝合金车架设计与典型工况分析

王凯 何勇灵 孟广威

王凯, 何勇灵, 孟广威等 . 客车铝合金车架设计与典型工况分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(8): 1780-1786. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0656
引用本文: 王凯, 何勇灵, 孟广威等 . 客车铝合金车架设计与典型工况分析[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(8): 1780-1786. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0656
WANG Kai, HE Yongling, MENG Guangweiet al. Design and analysis of an aluminum alloy bus frame under typical conditions[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(8): 1780-1786. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0656(in Chinese)
Citation: WANG Kai, HE Yongling, MENG Guangweiet al. Design and analysis of an aluminum alloy bus frame under typical conditions[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(8): 1780-1786. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0656(in Chinese)

客车铝合金车架设计与典型工况分析

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0656
基金项目: 

国家科技部“十三五”重大科技专项项目 SQ2017V020038-04

详细信息
    作者简介:

    王凯  男, 硕士研究生。主要研究方向:汽车电子控制技术、汽车有限元

    何勇灵  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:汽车电子控制技术、智能控制系统

    通讯作者:

    何勇灵, E-mail: xkbhe@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: U271.7

Design and analysis of an aluminum alloy bus frame under typical conditions

Funds: 

National Science and Technology Major Project "in 13th Five-year" of the Ministry of Science and Technology of China SQ2017V020038-04

More Information
  • 摘要:

    应用轻量化材料如高强度钢和铝、镁合金等来替代普通钢制造汽车承载构件已成为发展趋势。本文以工业铝合金为材料设计了一种新型的轻型城郊客车车架,并建立有限元模型进行了多种典型工况的仿真分析。首先,基于CATIA进行了客车车架各零部件的设计,整体装配与校核;然后,通过简化模型、模拟连接等,在ANSYS Workbench中建立了合理的车架-悬架有限元模型;最后,模拟客车满载弯曲、制动等5种典型工况施加载荷与边界条件,进行有限元仿真,仿真结果表明该铝合金车架能够满足各典型工况的强度和刚度性能要求。

     

  • 图 1  纵梁和横梁的截面形状和参数

    Figure 1.  Cross section shape and parameters of longitudinal beam and crossbeam

    图 2  板簧的前、后支座

    Figure 2.  Front support and rear support of leaf springs

    图 3  车架的装配图

    Figure 3.  Assembly diagram of frame

    图 4  有限元模型的网格

    Figure 4.  Mesh of finite element model

    图 5  板簧悬架的等效有限元模型

    Figure 5.  Equivalent finite element model of leaf spring suspension

    图 6  各工况的等效应力云图和总变形云图

    Figure 6.  Contours of equivalent stress and total deformation under various loading condition

    表  1  车架总体参数

    Table  1.   General parameters of frame

    mm
    参数 数值
    轴距 4 000
    轮距 1 850
    前悬 1 050
    后悬 1 950
    前悬架板簧长度 1 050
    后悬架板簧长度 1 500
    纵梁长度 7 400
    横梁最大长度 2 000
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    表  2  Al 6061-T6/T651的材料参数

    Table  2.   Material parameters of Al 6061-T6/T651

    参数 数值
    密度/(kg·m-3) 2 700
    弹性模量/GPa 68.95
    剪切模量/GPa 26.0
    泊松比 0.33
    极限强度/MPa 310.3
    屈服强度/MPa 276
    抗剪强度/MPa 207
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    表  3  车架中不同接触关系的主要设置

    Table  3.   Main setting of various connections on frame

    装配关系 接触对象 接触类型 算法 间隙调整
    焊接 线-面 绑定 多点约束法 忽略间隙与穿透
    焊接 面-面 绑定 罚函数法 调至恰好接触
    摩擦接触 线-面,面-面 粗糙 增强拉格朗日法 调至恰好接触
    固定 线-面 绑定 多点约束法 忽略间隙与穿透
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    表  4  车架承受的簧载质量

    Table  4.   Sprung mass loading on frame

    载荷类型 质量/kg
    发动机总成 335
    车身、驾驶室及其附件 758
    动力总成 254
    满座乘员、座椅及地板 1 325
    油箱及油 135
    水箱及水 110
    行李舱 230
    车架自重 371.2
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    表  5  各工况的等效应力和总变形量最大值

    Table  5.   Maximum equivalent stress and total deformation under various loading conditions

    工况编号 实际工况 最大等效应力/MPa 最大总变形量/mm
    a 弯曲 129.21 6.294
    b 弯扭联合 176.79 14.537
    c 加速 131.19 6.943
    d 紧急制动 159.61 5.114
    e 紧急转弯 135.98 7.240
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-23
  • 录用日期:  2018-03-09
  • 网络出版日期:  2018-08-20

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