隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展，國家對客車(chē)的被動(dòng)安全性要求在逐年提高。GB7258-2012《機動(dòng)車(chē)運行安全技術(shù)條件》GB13094-2007《客車(chē)結構安全要求》和GB17578-1998《客車(chē)上部結構強度的規定》的修訂版提高了對整車(chē)結構強度的要求，尤其針對專(zhuān)用校車(chē)的安全性更是如此。汽車(chē)在高速行駛過(guò)程中撞擊路沿、護欄或急速打方向盤(pán)都很容易出現翻車(chē)事故，而車(chē)輛騰空之后首撞擊路而的是A柱上方。如果頂部抗壓強度不夠，會(huì )造成車(chē)頂塌陷擠壓乘員艙，引起乘員傷亡。為了保證翻車(chē)事故中的乘員安全，對頂部安全強度的研究意義重大。本文結合GB24407-2012《專(zhuān)用校車(chē)安全技術(shù)條件》和G818986-2003《輕型客車(chē)結構安全要求》，對某專(zhuān)用校車(chē)進(jìn)行頂部結構強度仿真CAE分析，檢驗其頂部在翻滾事故時(shí)對乘員的保護作用。
      在建立幾何模型及有限元模型時(shí)，主要進(jìn)行了以下簡(jiǎn)化措施：
      1)略去車(chē)身骨架蒙皮；略去一些非承載件，如擋風(fēng)窗玻璃、車(chē)門(mén)、座椅等，但仍保留這些結構件的重力作用。
      2)模型中不考慮發(fā)動(dòng)機組、燃油箱、空調機組等，只簡(jiǎn)化為集中載荷添加到模型中對應位置。
      3)對車(chē)頂及側圍部分的一些曲率較小的構件近似看作直梁來(lái)處理。
      4)整個(gè)客車(chē)骨架結構存在大量的縱橫梁交叉連接處，對于這些接頭位置的焊接連接，采用合并節點(diǎn)的形式進(jìn)行模擬。
      5)不考慮焊接處材料特性的變化，認為焊縫處材料屬性與母材屬性相同。運用三維建模軟件UG建立起該校車(chē)車(chē)身結構各部分骨架的幾何模型，最終裝配成整車(chē)模型。在Abaqus中對已建立好的幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到校車(chē)有限元模型如圖所示。本文車(chē)身骨架材料采用Q235，底盤(pán)縱橫梁材料采用DL510，其參數如表所示。
      根據國標中對實(shí)驗條件的規定，頂部靜壓虛擬實(shí)驗的約束不允許增加車(chē)身結構的剛度。因此，可參照計算結構彎曲剛度的方法，選用以下幾種支撐方式：支撐車(chē)身的前后兩端；支撐前軸中心和后軸中心；用與懸架方式相同的方法支撐。
      本文計算選擇的是第二種方式，在左右車(chē)架縱梁后軸中心處分別約束平動(dòng)自由度UX，UY，UZ，在左右車(chē)架縱梁前軸中心處相應約束平動(dòng)自由度UY，UZ與UZ。
      車(chē)頂加載質(zhì)量為該專(zhuān)用校車(chē)整備質(zhì)量的1.5倍，即為7000kg。經(jīng)測量車(chē)頂輪廓寬2056mm、長(cháng)4710mm，車(chē)頂面積9683760mm2，施加于頂部單位面積上的力為產(chǎn)7000x9.8為683760=7.24MPa，結合規范對校車(chē)頂部結構強度有以下要求：試驗中和試驗后，每一坐墊上方應有不小于900m的凈高度，最大變形率不能大于3%，并各工況下最大應力應小于材料許用強度。
      該校車(chē)頂部強度工況計算結果見(jiàn)圖。頂部工況最大應力為110MPa，小于材料許用強度235Mpa。
      按照試驗規范中規定，在客車(chē)有限元模型縱向對稱(chēng)而上，沿車(chē)長(cháng)方向每隔約1處，選取車(chē)頂及地板上相應的節點(diǎn)為高度位置上的測量點(diǎn)。在車(chē)內兩側壁上，車(chē)長(cháng)方向每隔約1處，選取地板至車(chē)頂4石處車(chē)身左右側圍上的節點(diǎn)為寬度位置上的測量點(diǎn)(坐標系以整車(chē)縱向為X軸，沿車(chē)寬方向為Y軸，沿車(chē)高方向為Z軸)。以此來(lái)計算車(chē)身內高與內寬加載前后變形量的絕對值。車(chē)身內高與內寬變形量的計算示意圖如圖所示。
      設Zi，Zz分別為加載前后地板、頂蓋上相應測量節點(diǎn)之間Z方向的距離，內高變形量的絕對值可通過(guò)下式計算。
      車(chē)廂高度1910mm，車(chē)座后背高度750mm，座椅到車(chē)頂高度為1160mm，而內高最大變形量為45.3mm。在模擬的試驗工況下，車(chē)頂結構變形后，座椅到車(chē)頂高度為1114.7mm，大于900mm，綜上分析，上部結構強度滿(mǎn)足要求。
      本文通過(guò)對校車(chē)上部強度進(jìn)行有限元分析計算，得到以下結論：
      頂部工況最大應力為110MPa，小于許用強度235Mpa。
      頂部工況內高最大變形率2.36%、內寬最大變形率1.25%，均小于3%。試驗過(guò)程中，坐墊上方凈高度大于900mm上部結構強度滿(mǎn)足要求。

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