基于NASTRAN的某轻卡栏板轻量化仿真优化研究

杨新超

摘 要：文章基于有限元法，采用Nastran软件，对某商用轻卡的基础普钢窄尺寸栏板、基础普钢宽尺寸栏板、高强钢窄尺寸栏板和高强钢宽尺寸栏板共计四种上装方案进行了CAE刚度和强度分析，对比结果显示，两款高强钢栏板方案较基础方案结构强度性能得到提升，重量较基础普钢货柜减轻达到49kg和93Kg，轻量化效果显著。

关键词：轻卡;栏板;轻量化

中图分类号：U461  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）20-106-03

Abstract： Based on the finite element method and NASTRAN software， this paper analyzes the CAE stiffness and strength of four kinds of top mounting schemes of a commercial light truck， including the narrow size breast board of basic steel， the wide size breast board of basic common steel， the narrow size breast board of high strength steel and the wide size breast board of high strength steel. The comparison results show that the structural strength performance of the two high-strength steel breast board schemes is improved compared with the basic scheme， and the weight is relatively basic The reduction of container weight of Chupu steel reached 49kg and 93kg， and the lightweight effect was significant.

Keywords： Light truck; Container; Lightweight

CLC NO.： U461  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）20-106-03

1 引言

隨着国家经济飞速发展，轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。与此同时，随着国六排放法规等政策的陆续出台，国家对于汽车行业提出了更高更严的要求，在此背景下，汽车轻量化设计成为全行业竞争高地和重要发展方向。汽车轻量化技术，旨在保证汽车的强度、刚度和安全等性能的前提下，尽可能地减轻整备质量，进而提高汽车工作性能，实现低碳绿色环保可持续发展。货柜系统，是商用车核心承载部件，其重量占整车比高达30%以上[2-3]，因此，研究商用车栏板柜轻量化方案具有重要的经济和社会价值。

本文基于有限元法，采用Nastran软件，对某商用轻卡的基础普钢窄尺寸栏板、基础普钢宽尺寸栏板、高强钢窄尺寸栏板和高强钢宽尺寸栏板共计四种上装方案进行了CAE刚度和强度分析，对比结果显示，两款高强钢栏板方案较基础方案结构强度性能得到提升，重量较基础普钢货柜减轻达到49kg和93Kg，轻量化效果显著。

2 窄尺寸高强钢栏板轻量化CAE分析

本文对某轻卡基础窄尺寸栏板和高强钢栏板进行了CAE刚度和强度分析，窄栏板尺寸为长度4100mm、宽度为2050mm、高度为380mm，基于普钢栏板基础上，减少立柱数量和加强板的数量及厚度，其材料由Q235提升至高强钢REH420LA，对应的材料屈服强度由235MPa增大至420MPa。CAE分析边界条件如图1，约束车架与货柜安装点的全自由度。

本文按照上述工况，对基础窄尺寸栏板和高强钢栏板进行了刚度和强度对比分析，得到图2分析结果，基础普钢栏板货架立档位移为2.7mm，左侧围位移为10.3mm，后围板位移为2.4mm，材料提升至高强钢，高强钢栏板货架立档位移为2.3mm，左侧围位移为8.7mm，后围板位移为1.9mm，汇总结果如表1，栏板重量由453kg减轻至360kg，轻量化效果较理想。

3 宽尺寸高强钢栏板轻量化CAE分析

本文采用Nastran软件，对某商用车轻卡基础宽尺寸普钢栏板和高强钢宽尺寸栏板进行了CAE刚度和强度分析，栏板尺寸为长度4100mm、宽度为2300mm、高度为550mm，基础栏板材料为Q235和DC01，高强钢栏板材料为REH 420LA和H380LA，其屈服强度达到380MPa和420MPa，刚度分析边界条件为约束车架与栏板安装点的全自由度，在货架立档、左右侧围和后围板中心区域施加1000N面力，强度工况加载为3.5g的Z向静力场，底板均匀施加3.2T货物质量。

本文按照上述工况，得到图5的CAE对比分析结果， 基础普钢栏板货架立档最大位移为5mm，左侧围位移为4.9mm，后围板位移为2.4mm，而钣金材料提升至高强钢后，高强钢栏板货架立档最大位移为3.9mm，左侧围位移为3.8mm，改善效果显著，汇总结果如表2，栏板重量由453kg减轻至360kg，轻量化效果非常可观。

4 结论

本文基于有限元法，对某商用轻卡的基础普钢窄尺寸栏板、基础普钢宽尺寸栏板、高强钢窄尺寸栏板和高强钢宽尺寸栏板共计四种上装方案进行了CAE刚度和强度分析强度分对比，结果显示：

高强钢栏板性能较基础方案结构强度性能得到提升。

相较于基础普钢栏板，两款高强钢栏板方案较基础方案结构强度性能得到提升，重量较基础普钢货柜减轻达到49kg和93Kg，轻量化效果显著。

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] 胡银萍.简述轻量化上装的有限元分析[J]汽车实用技术.2019，12 （1）：24-28.

[3] 童波.结构优化和新材料技术对商用车轻量化的影响[J].汽车零部件2015，10（1），：36-39.