商用车驾驶室弯曲工况力学性能分析与测试方法研究
王少军;徐海英;丁飞
【摘 要】对商用车驾驶室弯曲工况进行分析,提出弯曲工况的边界条件和载荷条件.根据弯曲工况的约束和载荷条件,提出进行弯曲工况力学性能分析的试验方案和试验设备.对某型商用车弯曲工况的刚度和强度进行测试,并对测试结果进行了分析. 【期刊名称】《汽车科技》 【年(卷),期】2010(000)003 【总页数】3页(P74-76)
【关键词】驾驶室;弯曲工况;测试方法;刚度;强度 【作 者】王少军;徐海英;丁飞
【作者单位】安徽华菱汽车股份有限公司,马鞍山,243061;安徽华菱汽车股份有限公司,马鞍山,243061;湖南大学,长沙410082 【正文语种】中 文 【中图分类】U463.81
1 商用车驾驶室弯曲工况分析
商用车在运行过程中受到的弯曲载荷主要来自于驾驶室悬置的上下运动。驾驶室悬置安装在车架上，驾驶室前悬置安装在车架前端的两侧，通过悬置系统与驾驶室白车身地板纵梁前端连接；驾驶室后悬置通过弹性元件及支撑架与车架相应位置连接。弯曲工况主要来自于前悬置点和后悬置点的相对运动，具体表现为车身纵向受载。
车身纵向受载主要的载荷引起车身纵向的弯曲变形和横向方向的剪切。
弯曲工况的载荷视车辆的具体运行情况而定，通常考虑在驾驶室内的质量引起的载荷，主要包括座椅质量、驾驶员质量、乘员质量以及相关附件引起的载荷。在考虑动载的情况下，可以将静载质量乘以一定的动载系数。为了模拟车身上附件的质量及驾驶员的质量，并考虑到驾驶员的使用实际情况，试验中载荷的实际分布情况如下：在车身前地板上的座椅前方部位各加150 kg载荷，在后地板上的卧铺处加100 kg的分布载荷。弯曲工况具体的载荷施加方式和载荷大小见图1。 图1 弯曲工况载荷
2 商用车驾驶室弯曲工况力学性能测试方法 2.1 弯曲工况约束方式
弯曲工况的约束方式考虑和车身实际的支撑方式相同，以便尽可能地反映车辆受载的实际情况。驾驶室弯曲刚度分析时采用四点约束，在前纵梁和后横梁上共约束四个地方，在A、C处约束Z（上下）方向，在B处约束X和Z方向（前后，上下方向），在 D 处约束 X、Y、Z方向（前后，左右，上下方向），释放所有转动自由度。具体约束方式和实际约束如图2所示。
图2 弯曲工况的约束及具体约束 2.2 刚度测试方案
刚度测试点均布置在车身地板较平齐的特征点上。纵梁作为车身地板的主要承载部件，在其左右两边对称布置四个测点；车身后地板的边梁上对称布置两个测点；在鼓包的纵、横向加强梁上各布置一个测点；在座椅下对应位置对称布置两个测点，在车身前部各布置一个测点。车身刚度试验传感器布置测点和实际情况如图3所示。
图3 弯曲刚度的测点布置与实际情况
2.3 强度测试方案
弯曲工况下车身强度的测试通过应变片进行，应变片应贴在可能发生应力集中的地方以及可能产生高应力的地方。应变片的位置布置和实际的测试如图4所示。 图4 弯曲强度测点布置与实际情况 2.4 测试设备
试验中使用的传感器为DA—5型高精度位移传感器，其测量范围为±5 mm，输出电压为±4 V，其线性度＜0.1%。试验使用NI公司数据采集系统，结合实际需要编写相应的程序，使用差分法进行数据采集。数据采集系统及程序参数设置如图5所示。
图5 数据采集程序
3 商用车驾驶室弯曲工况力学性能测试结果
通过试验，记录加载和卸载两个过程中车身地板的变形，使用Matlab软件进行处理，得到车身测点的相关变形信息，示例见图6。 图6 某点加载变形曲线（a）和卸载变形曲线（b）
通过分析可以发现，在一次的加载和卸载过程中，其所产生的变形量不相同，一般卸载时的变形量比加载时的变形量要小。主要是由于车身存在一定的间隙，加载过程消除其中的间隙，故而在卸载后变形量减少，通过加载可以消除安装间隙。因此，从试验结果可知，卸载过程得到的结果较为精确。从测得的应变数据偏小，不足以构成车身的破坏。 4 结论
弯曲工况是驾驶室在行驶过程中常遇到的工况，驾驶室弯曲工况力学性能分析主要考察商用车在行驶过程中由驾驶员和乘员载荷引起的驾驶室的纵向方向的变形。本文通过对驾驶室弯曲工况的载荷情况、边界约束情况等进行分析，研究了弯曲工况的测试方法，并对某型商用车驾驶室进行了实际的测试。同时，指出了在进行弯曲
工况测试时需要注意的问题。
【相关文献】
［1］M M 凯墨尔，J A 沃尔夫.现代汽车结构分析［M］.北京：人民交通出版社，1987：18-43. ［2］G R Liu S S Quek.有限元法实用教程［M］.长沙：湖南大学出版社，2004：1-9，219-247. ［3］沃德·海伦，波尔·萨斯.模态分析理论与试验［M］.北京：北京理工大学出版社，2001：3-8. ［4］范钦珊.工程力学［M］.北京：清华大学出版社，2005：86-93.
［5］高云凯.车身结构分析［M］.北京：北京理工大学出版社，2006：149-225.
