專利名稱：一種基于性能互補思想的全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計一種車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，特別是一種適用于帶有中門結(jié)構(gòu)的全承載式客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)優(yōu)化是汽車車身結(jié)構(gòu)輕量化的主要手段之一，通過設(shè)計受力合理的結(jié)構(gòu)形式，以充分利用材料承載潛力，達到輕量化的目的。客車車身結(jié)構(gòu)按照其承載方式可分為非承載車身、半承載車身和全承載車身。全承載車身以其重量輕、剛度高和安全性好等一系列優(yōu)點，代表著客車車身結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流方向。過去我國客車車身結(jié)構(gòu)主要為半承載式，而底盤結(jié)構(gòu)為半承載式客車的主要承載部分，側(cè)圍參與承載很有限，因此過去底盤強度設(shè)計時往往只考慮使其具有較大余量，設(shè)計為與附圖
I類似的對稱結(jié)構(gòu)，而忽略了身側(cè)圍結(jié)構(gòu)性能的不對稱對車身整體性能的影響，導(dǎo)致左側(cè)(無乘客門側(cè))強度過剩，不僅造成原材料的浪費，也增加了結(jié)構(gòu)的重量。根據(jù)國家法規(guī)規(guī)定，目前我國11米以上的大型旅游客車均為全承載式，但城市客車車身結(jié)構(gòu)仍多為半承載式，僅有少數(shù)企業(yè)開始開發(fā)全承載式公交客車。但無論旅游客車還是城市客車，其所謂的全承載式客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中還未考慮到主要承載總成性能互補的思想，因此結(jié)構(gòu)形式仍然延續(xù)著半承載式車身對稱式底架的設(shè)計特點，甚至左右側(cè)圍相對應(yīng)的桿件尺寸、斜撐布置都保持一致。這種傳統(tǒng)設(shè)計方法指導(dǎo)下設(shè)計出的全承載結(jié)構(gòu)雖然在同等性能條件下較半承載式車身質(zhì)量更輕，但結(jié)構(gòu)受力方式仍存在著不合理之處，骨架材料強度余量過多。由于右側(cè)圍上需要開設(shè)乘客門，因此作為全承載車身承載主體的側(cè)圍結(jié)構(gòu)并非對稱(開門一側(cè)為弱側(cè)，另一側(cè)為強側(cè))。此時，若底架結(jié)構(gòu)甚至是側(cè)圍結(jié)構(gòu)仍然采用對稱設(shè)計的設(shè)計方法，必然會導(dǎo)致車身整體左側(cè)強度剩余，無法充分發(fā)揮全承載車身整體均勻承載的特性，也不利于輕量化的進行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于性能互補的設(shè)計思想的全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。該方法通過底架結(jié)構(gòu)的不對稱設(shè)計，與車身側(cè)圍結(jié)構(gòu)因一側(cè)開設(shè)乘客門造成的性能不對稱形成互補，使車身結(jié)構(gòu)整體性能趨于均衡對稱，達到改善車身結(jié)構(gòu)性能且減輕結(jié)構(gòu)重量的目標(biāo)。針對帶有中門結(jié)構(gòu)的車型，采用本方法可以有效解決現(xiàn)有全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法無法充分發(fā)揮材料承載潛能，設(shè)計結(jié)構(gòu)強度剩余過多的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包含如下步驟一種基于性能互補思想的全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，主要包括以下步驟(I)、根據(jù)車身輪廓尺寸及主要質(zhì)量安裝點的設(shè)計要求，提出車身結(jié)構(gòu)初始方案，并確定整車左右側(cè)質(zhì)量之比；(2)、確定左右側(cè)圍的彎曲剛度比μ，若μ > I. 5則首先對左右側(cè)圍的垂向承載能力進行匹配調(diào)整，使左側(cè)圍與右側(cè)圍垂向彎曲剛度之比滿足μ ^ I. 5 ；(3)、在保證足夠的承載能力的基礎(chǔ)上，對底架結(jié)構(gòu)進行不對稱設(shè)計，適當(dāng)減小底架左側(cè)桁架結(jié)構(gòu)的部分桿件尺寸，增強底架右側(cè)桁架結(jié)構(gòu)，使底架左右兩側(cè)剛度之比約為
2-μ，誤差控制在±10%以內(nèi)；(4)、將步驟(2)、(3)中優(yōu)化后的左側(cè)圍、右側(cè)圍及底架分總成拼接到整車中，重新進行車身整體彎曲剛度計算，在整體模型中使用優(yōu)化手段對部分桿件截面尺寸進行調(diào)整，在保證車身剛度性能的前提下，使車身整體左側(cè)剛度與右側(cè)剛度之比接近于左右兩側(cè)包括自重在內(nèi)的全部工作載荷之比，二者相對誤差應(yīng)當(dāng)小于10% ；(5)、對經(jīng)過上述剛度匹配后的車身結(jié)構(gòu)進行強度分析，根據(jù)分析結(jié)果進行局部結(jié)構(gòu)的必要改動，重復(fù)步驟(2) (5)，直至結(jié)構(gòu)滿足強度、剛度的要求。實現(xiàn)所述步驟(2)中的匹配調(diào)整，選擇左側(cè)圍上對剛度靈敏度低，且對質(zhì)量相對靈敏度高的桿件進行適當(dāng)削弱，選擇右側(cè)圍上對剛度靈敏度高，且對質(zhì)量相對靈敏度低的桿件進行加強，使左側(cè)圍與右側(cè)圍剛度之比μ <1.5。實現(xiàn)所述步驟(4)中車身整體左側(cè)剛度與右側(cè)剛度之比接近整車左右側(cè)質(zhì)量之比的具體表現(xiàn)為車身骨架靜置，車身中部加載并使車身中部產(chǎn)生均勻且左右對稱的向下位移，在此條件下左右兩側(cè)所需加載力之比與車身工作時左右兩側(cè)實際工作載荷之比的差
應(yīng)小于10%，即
權(quán)利要求
1.一種基于性能互補思想的全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，主要包括以下步驟(1)、根據(jù)車身輪廓尺寸及主要質(zhì)量安裝點的設(shè)計要求，提出車身結(jié)構(gòu)初始方案，并確定整車左右側(cè)質(zhì)量之比；(2)、確定左右側(cè)圍的彎曲剛度比μ，若μ> I. 5則首先對左右側(cè)圍的垂向承載能力進行匹配調(diào)整，使左側(cè)圍與右側(cè)圍垂向彎曲剛度之比滿足μ ^ I. 5 ；(3)、在保證足夠的承載能力的基礎(chǔ)上，對底架結(jié)構(gòu)進行不對稱設(shè)計，適當(dāng)減小底架左側(cè)桁架結(jié)構(gòu)的部分桿件尺寸，增強底架右側(cè)桁架結(jié)構(gòu)，使底架左右兩側(cè)剛度之比約為2_μ，誤差控制在±10%以內(nèi)；(4)、將步驟(2)、(3)中優(yōu)化后的左側(cè)圍、右側(cè)圍及底架分總成拼接到整車中，重新進行車身整體彎曲剛度計算，在整體模型中使用優(yōu)化手段對部分桿件截面尺寸進行調(diào)整，在保證車身剛度性能的前提下，使車身整體左側(cè)剛度與右側(cè)剛度之比接近于左右兩側(cè)包括自重在內(nèi)的全部工作載荷之比，二者相對誤差應(yīng)當(dāng)小于10% ；(5)、對經(jīng)過上述剛度匹配后的車身結(jié)構(gòu)進行強度分析，根據(jù)分析結(jié)果進行局部結(jié)構(gòu)的必要改動，重復(fù)步驟(2) (5)，直至結(jié)構(gòu)滿足強度、剛度的要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于性能互補思想的全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于實現(xiàn)所述步驟(2)中的匹配調(diào)整，選擇左側(cè)圍上對剛度靈敏度低，且對質(zhì)量相對靈敏度高的桿件進行適當(dāng)削弱，選擇右側(cè)圍上對剛度靈敏度高，且對質(zhì)量相對靈敏度低的桿件進行加強，使左側(cè)圍與右側(cè)圍剛度之比μ <1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于性能互補思想的全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于實現(xiàn)所述步驟(4)中車身整體左側(cè)剛度與右側(cè)剛度之比接近整車左右側(cè)質(zhì)量之比的具體表現(xiàn)為車身骨架靜置，車身中部加載并使車身中部產(chǎn)生均勻且左右對稱的向下位移，在此條件下左右兩側(cè)所需加載力之比與車身工作時左右兩側(cè)實際工作載荷之比的差應(yīng)小于10%，S卩1'!l{ χ100%<10%，公式中F&定義為車身發(fā)生中部向下均勻位移的條件下，底架左側(cè)施加的作用力之和，F(xiàn)ieS底架右側(cè)施加的作用力之和；P&定義為車身整體左側(cè)實際工作載荷，義為車身整體右側(cè)實際工作載荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于性能互補思想的全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于所述步驟(5)中強度分析中，以危險應(yīng)力判斷是否滿足強度使用條件，結(jié)構(gòu)各點的危險應(yīng)力定義為滿載彎曲工況、左前輪單輪懸空工況、右前輪單輪懸空工況以及極限制動工況中的最大應(yīng)力值。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計一種基于性能互補思想的全承載客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，特別是一種適用于帶有中門的全承載式客車車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過剛度的合理匹配，使底架強側(cè)與承載能力較弱的側(cè)圍(右側(cè)圍)互補，底架弱側(cè)與承載能力較強的側(cè)圍(左側(cè)圍)互補，車身整體形成一個均勻承載的空間框架結(jié)構(gòu)，大大提高了結(jié)構(gòu)各部分材料的利用率。同時利用內(nèi)力優(yōu)化與靈敏度分析技術(shù)，有效地降低結(jié)構(gòu)各桿件的非軸向載荷，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力更加合理、載荷分配更加均勻。
文檔編號B62D65/00GK102935866SQ201210376218
公開日2013年2月20日 申請日期2012年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月30日
發(fā)明者那景新, 高劍峰, 關(guān)丹丹, 徐梓雯, 王童, 劉玉, 楊志超, 郭新宇, 張?zhí)O蘋, 李婷婷 申請人:吉林大學(xué)