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從結(jié)構(gòu)力學(xué)的觀點(diǎn)來看，大客車車身是由空間骨架、抗彎薄板、殼體和剪力蒙皮等構(gòu)件構(gòu)成的高次超靜定結(jié)構(gòu)，各桿件截面形狀不一，而且桿件之間連接點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式多樣，因此結(jié)構(gòu)分析難度很大。實(shí)踐表明，有限元分析法是一種有效的數(shù)值計(jì)算手段，利用它計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，可以用來作為客車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原始依據(jù)或是改進(jìn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
對(duì)車身骨架的承載特性的了解是車身骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)和優(yōu)化的基礎(chǔ)。本文以某公交客車車身骨架為研究對(duì)象，采用有限元分析的方法對(duì)其進(jìn)行了靜態(tài)強(qiáng)度分析。
公交車身骨架是由許多鋼質(zhì)型材組焊而成的空間鋼架結(jié)構(gòu)，空間關(guān)系復(fù)雜、斷面形式多樣化。車身上的一些細(xì)微結(jié)構(gòu)和一些非承載部件，對(duì)骨架變形和應(yīng)力的分布影響很小，但是卻增加了模型的復(fù)雜程度，所以有必要對(duì)車身骨架模型采取一些簡(jiǎn)化措施。
在車身骨架建模過程中，簡(jiǎn)化處理如下：(1)略去非承載構(gòu)件及裝飾件：有些構(gòu)件是為了滿足安裝或使用上的要求而設(shè)置的，這些構(gòu)件對(duì)車身骨架的變形和應(yīng)力分布影響較小，可以省略，以減小整車有限元模型規(guī)模；(2)交叉連接的簡(jiǎn)化：對(duì)于車身骨架中交叉連接的梁，連接處可簡(jiǎn)化為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，而對(duì)于距離較小的交叉連接，可合并為一個(gè)節(jié)點(diǎn)以減少方程的階數(shù)，提高有限元求解的穩(wěn)定性。(3)曲梁簡(jiǎn)化為直梁：利用直梁近似地模擬車身骨架中曲率較小的曲梁。如可把左右側(cè)圍立柱、前后圍擋風(fēng)玻璃下橫梁等曲桿簡(jiǎn)化為直桿；(4)對(duì)于兩個(gè)同向焊接梁，因其焊接處材料強(qiáng)度與梁內(nèi)部材料強(qiáng)度近似，故可將兩個(gè)梁近似為一根梁處理；(5)省略工藝孔：從實(shí)體模型上可以看出車身底架前后段有很多工藝孔和安裝孔。這些孔對(duì)模型的強(qiáng)度和剛度影響小，為了降低建模難度和工作量，在建模時(shí)不予考慮。
該公交車身骨架大部分的材料采用Q235，部分構(gòu)件采用65Mn鋼。兩種材料的常見材料屬性和機(jī)械性能如表1所示。
該公交車身骨架中大部分構(gòu)件為型鋼，采用掃掠（Sweep）的方法對(duì)型鋼、U型板、L型版劃分網(wǎng)格，劃分網(wǎng)格后其節(jié)點(diǎn)為531992，單元為99973，建立有限元模型如圖。
在建立正確的車身骨架有限元分析模型的基礎(chǔ)上,加載邊界條件,并根據(jù)實(shí)際載荷配置情況,對(duì)車身骨架進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算分析。車身骨架所受載荷及其加載方式如下：（1）乘客20名，每個(gè)乘客質(zhì)量按65kg計(jì)算，每個(gè)座椅質(zhì)量10kg，重約75kg×20；駕駛員及其座椅重約110kg。以上載重力以集中載荷的方式加載到實(shí)際安裝位置節(jié)點(diǎn)處。（2）對(duì)于公交車上的站立乘員，可按照每平方實(shí)際最大站立人數(shù)，均布在車身底架節(jié)點(diǎn)上。根據(jù)國(guó)家最新的2004年的標(biāo)準(zhǔn)，城市公交車每平方米額定載客數(shù)量為8人，每人質(zhì)量按65kg計(jì)算。（3）車窗玻璃載荷。其中：前擋風(fēng)玻璃質(zhì)量約為80kg，后擋風(fēng)玻璃約重20kg，側(cè)窗玻璃共9塊，重約24kg×9。按照實(shí)際安裝位置，均布加載到相應(yīng)位置處的梁上。（4）公交車前門質(zhì)量約為22kg,中門約重25kg；發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量為500kg，變速器質(zhì)量為350kg；天然氣瓶共6個(gè)，重約130kg×6。這些載荷，按照實(shí)際安裝位置，作為集中載荷加載到安裝位置節(jié)點(diǎn)處。（5）對(duì)于車身骨架的自重，由于在ANSYS Workbench分析前處理過程中已經(jīng)定義了材料的密度，根據(jù)用戶設(shè)定的重力加速度值軟件可以自動(dòng)算出車身骨架的自重，在分析過程中自動(dòng)進(jìn)行加載。
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