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特殊工况下货车驾驶室结构优化
特殊工况下货车驾驶室结构优化
摘要:以某轻型载货汽车为例,建立驾驶室有限元模型,通过实验模态与数值模态对比进行模型验证。驾驶室与车架通过翻转机构连接,决定了载荷工况的特殊性。分析驾驶室的受力情况。在外载不变的情况下,基于各部件板厚的灵敏度值,对驾驶室进行轻量化处理。轻量化结果用于外部载荷大小的更新,计算得到结构改进后的驾驶室强度。分析结果表明:通过对灵敏部件的板厚修改,在总车身质量减小的情况下,白车身的强度也有一定提高。
关键词:驾驶室;灵敏度;特殊工况
中图分类号:U469.2 文献标志码:A 文章编号:1005-2550(2012)02-0027-04
Structural Optimization of Truck Cab Based on Special Load Case
LIU Chun-lei, SHI Qin
(School of Machinery and Automobile Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)
Abstract: A finite element model for a light-duty truck cab is established, which is proved to be accurate by of experimental modal and numerical modal.Because the cab and the frame connect by the flip institutions,the load case is special and analyse the force of the cab.Under the same load case,based on the thickness of the sensitivity values of the various components,the cab is handled for light weight design.The result is used for the optimization of thickness and the update of external load value. The analysis results show that: the light weight process increases the strength of the white body significantly.
Key words: cab;sensitivity;special load case
目前轻型载货汽车驾驶室广泛应用扭杆翻转机构,使其可向前翻转,便于整车的维修和保养。扭杆机构作用在驾驶室的扭转力矩在其所承受的外部载荷中占有很大比例。理想状态下,扭杆的最大扭矩由驾驶室的重力矩决定,即由重心位置与重量共同决定。车身结构各部件参数的改变不仅影响整体结构参数,还会引起扭杆扭矩的变化。传统结构优化方法是建立在载荷工况不变的条件下的,难以解决这类外部载荷与设计变量同步变化的结构优化问题。本文以某轻货驾驶室为研究对象,将结构灵敏度分析理论应用到车身结构的优化设计中。采用结构钣金件厚度为设计变量,约束驾驶室结构应力最大值,优化驾驶室??总质量。轻量化使得重力矩值减小,降低了扭杆的扭矩值,进而达到改善驾驶室应力状态的目的[1,2]。
1 灵敏度分析及优化分析理论
1.1 灵敏度分析理论
车身结构灵敏度是指设计变量对所关注的结构性能指标的影响程度。结构灵敏度分析就是研究车身结构性能参数的变化对车身结构参数或周围条件变化的敏感性。灵敏度的计算常用泰勒级数推导,过程如下。
假定我们想知道U随b的变化关系,则:
式中:U为结构性能参数,有限元计算中可以定义的参数有质量、体积、重心、应力、刚度及模态频率等;b为结构设计参数向量,可以采用钣金件厚度、薄壁梁截面尺寸等;bi为第i个钣金件的结构设计参数;e为与b同维度的向量[3,4]。
1.2 驾驶室理想解除锁止状态的受力分析
本文分析的轻货驾驶室采用的是单扭杆翻转机构(见图1)。扭杆一端插入驾驶室左支承轴管内花键中,另一端由扭杆臂固定在前右支架上,驾驶室前支承臂与驾驶室的左右地板骨架连接。驾驶室为锁止状态时,扭杆的扭转角为最大,此时扭杆的扭力矩最大;当锁止解除后,扭杆的扭力矩作用于驾驶室前支承,克服驾驶室重力矩,并施加较小的向上推力可使驾驶室实现翻转。
翻转机构的工作特性要求驾驶室解除锁止机构后,保证驾驶室翻转到0°~5
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