厢式货厢抗凹性能仿真分析研究

郁焕敬

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

在车辆行驶过程中，货厢难免受到或内或外载荷作用，其中外部载荷主要包括飞溅物、敲击或轻微撞击等，内部载荷主要为车辆在制动、转弯等工况下，货厢内货物对货厢的冲击。在这些载荷作用下，货厢很容易发生凹陷挠曲，甚至产品永久性凹陷。通过对货厢抗凹性能进行分析，判断货厢抗凹性能符合性，针对货厢刚度不足处提出优化方案，对于前期产品设计或后续质量问题改进，均有较重要意义。

本文以某款厢式运输车货厢为例，采用有限元分析方法，设定货厢抗凹性能评价指标，并对货厢抗凹性能符合性进行分析评价。

1 有限元分析

利用hyper works软件建立货厢分析模型，将分析模型导入 ABAQUS求解器进行求解。鉴于车辆实际行驶时，货厢完全固定在底盘上，因此分析模型限制所有方向自由度。

2 分析方法及过程

2.1 分析方法

货厢抗凹性能主要考察货厢在受到冲击时形变情况及形变恢复能力。在正常状态下，货厢受到的冲击作用主要有以下两种，一种是外部冲击，如飞溅物、敲击或轻微撞击等，另一种是为车辆在制动、转弯等工况下，货厢内货物对货厢的冲击，根据受力情况不同，分析方法也稍有区别。

2.1.1 外部冲击分析

外部冲击主要考察厢体在受到钢性冲击情况下，货厢形变及形变恢复情况。其分析方法主要为在厢体蒙皮和车门外板上选择比较薄弱的若干个点，通过刚性压头，对分析点施加垂直表面400N的载荷，模拟测量各点在作力下最大位移及卸载后残余形变，其中至少有一个点落在货厢车门上，具体数目视结构而定。此货厢分析模型及示意图如图1所示。

图1 外部冲击分析货厢模型示意图

2.1.2 内部货物冲击分析

内部货货物冲击主要考察车辆在制动、转弯等工况下，厢体在受到货物冲击形变及形变恢复情况，其分析方法主要为在受冲击区域施加一定载荷，载荷数值相当于满载状态下货物以适应加速度冲击货厢时对货厢的作用力，根据工况不同，对应载荷值也不相同。

另考虑到实际装载时，不同货物与货厢按触面积也不尽相同，因此分析时，按整面受力和下半面受力两种工况进行模拟分析，货厢分析模型如图2所示。

图2 内部冲击分析货厢模型示意图

2.2 工况及边界条件

在此次模拟分析中，主要有外部冲击、侧围整面冲击、半面冲击、前围整面冲击和半面冲击五种受力状态。当车辆在侧倾工况下，侧围受到货物冲击力作用，在制动工况下，前围受到货物冲击力作用，不同工况下，对应边界条件具体如下：

2.2.1 外部冲击边界条件

自由工况下，在选定点施加400N作用力。

2.2.2 侧围整面冲击工况边界条件

在侧围受力区域施加P=0.0012MPa的载荷，相当于满载货物以0.2g加速度冲击货厢的载荷（货车侧倾0.4g加速度，货物与货厢底部摩擦系数0.2，即货物受力摩擦力为0.2g)。

2.2.3 侧围半面凹工况边界条件

在侧围受冲击区域施加P=0.0024MPa的载荷，相当于满载货物以0.2g加速度冲击货厢的载荷（货车侧倾0.4g加速度，货物与货厢底部摩擦系数 0.2，即货物受力摩擦力为0.2g)。

2.2.4 前围整面冲击工况边界条件

在侧围受冲击区域施加P=0.00434MPa的载荷，相当于满载货物以0.5g加速度冲击货厢的载荷（货车制动0.7g加速度，货物与货厢底部摩擦系数 0.2，即货物受力摩擦力为0.2g）。

2.2.5 前围半面冲击工况边界条件

在侧围受冲击区域施加P=0.00868MPa的载荷,相当于满载货物以0.5g加速度冲击货厢的载荷（货车制动0.7g加速度，货物与货厢底部摩擦系数0.2，即货物受力摩擦力为0.2g）。

2.3 评价标准

由于在模拟分析中，货厢外部受到的为点作用力，内部为面作用力，两者评价标准稍有不同。外部抗凹评价标准为加载完成时位移＜10mm，卸载完成时位移＜0.5mm，塑性应变＜2%，内部抗凹评价标准为加载完成时位移＜30mm，卸载完成时位移＜0.5mm，塑性应变＜2%。

2.4 分析步骤

分析流程主要按下以操作：模型准备→约束定义→载荷步定义→计算文件导出→提交求解→结果查看。

3 分析结果及评价

通过HyperView查看计算结果的位移云图，测量载荷施加处加载和卸载的最大位移，通过分析汇总，几种工况下对应数据如下所示：

3.1 外部冲击分析结果

在进行外部抗凹分析时，在货厢上共选取9个点，其中P1-P6点作用在货厢厢体上，P7-P9点作用在货厢车门上，两种不同状态下，对应载荷及形变变化趋势分别如图3和图4所示。

图3 厢体加载形变变化示意图

图4 厢门加载形变变化示意图

表1 外部冲击抗凹分析结果汇总表

统计P1-P9点加载和卸载位移汇总统计，形成表1，具体如表1所示。

3.2 内部冲击分析结果

货厢内部冲击各种工况下，运用 ABAQUS求解，得出各种工况下对应最大形变和残余形变，具体数值如表2所示：

表2 内部冲击抗凹分析结果汇总表

3.3 结果评价

分析测量结果，查看货厢在各种工况下货厢形变及卸载后残余形变，若发生形变与残余形变在合理范围内，则说明该设计满足要求，反之，则结构设计存在风险，可通过增加加强梁、改进加强筋等方案来优化。由表1和表2中可确定，几种工况下，形变和残余形变均在合理范围内，即设计满足要求。

4 结论

通过对货厢抗凹性能分析，发现在设计过程中刚度存在的不足，针对刚度不足之处进行优化，对产品设计开发是一种行之有效的方法。合理的运用仿真分析以提高产品设计准确性，避免后期设计变更发生，对于项目开发周期和降低项目成本均有较重要作用。

参考文献

[1] 李雪峰.汽车板材抗凹性试验方法及数值模拟研究[D],北京航空航天大学,2001年.

[2] 乔维高.专用汽车结构与设计.北京大学出版社,2010年9月.

[3] 石亦平.ABAQUS有限元分析实例详解.机械工业出版社,2006年7月.