基于Hyperworks的某驾驶室结构强度优化研究

杨神林 黄勤

摘 要：为优化某商用车驾驶室强度性能，文章基于有限元方法对驾驶室进行了强度分析，同时采集试验场实车驾驶室应力应变，试验结果显示，特定路面钣金位置应变很大，对驾驶室结构进行了局部优化，CAE分析结果满足要求及路试考核通过。

关键词：轻卡驾驶室;应力应变采集;结构优化

中图分类号：U462.1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）19-91-03

Study on the the Strength optimization of Light Truck cab with Hyperworks

Yang Shenlin， Huang Qin

（ Product Development & Technical Center， Jiangxi-Isuzu Motors Co， Ltd， Jiangxi Nanchang 330100 ）

Abstract： In order to optimize the strength performance of a commercial vehicle cab， in this paper， the strength of the cab is analyzed based on the finite element method， at the same time， the stress and strain of the real vehicle cab is collected in the test field. The test results show that there is a large strain at the position of the sheet metal on the specific pavement. The cab structure was optimized locally， the CAE analysis results met the requirements and the road test passed.

Keywords： Light truck cab; Collection of stress and strain; Structural optimization

CLC NO.： U462.1  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）19-91-03

1 引言

随着国家城市物流业快速发展，商用车轻卡销量得到迅猛增长，由此带来的乘员安全问题日益凸显，目前轻卡行业驾驶室主要形式为平头驾驶室，驾驶室本体结构刚强度需保证设计目标要求，其对乘员的安全保障有着直接决定性影响[1-2]。

本文研究源于需优化某驾驶室结构强度，如图1所示，本文基于有限元法，采用Hyperworks软件，对驾驶室进行了强度分析，同时采集海南试验场实车驾驶室应力应变数据，进行优化提升方案分析，提出了有效的高性价比优化方案，最终通过路试考核。

2 驾驶室应力应变采集及分析

2.1 海南试验场耐久道路工况

海南琼海热带汽车试验场是我国首个汽车试验场，是现代化湿热气候的汽车试验基地，拥有可靠性试验路、强化腐蚀路等路面[3]。本文研究的驾驶室开展的是坏路考核试验，主要包括扭曲路、石块路、条石路、鹅卵石路、陡坡路、鱼鳞路、阴井盖路、搓板路、波形路等路面（图2）。

2.2 驾驶室应力应变采集

本文在海南试验场进行了驾驶室应力应变采集试验，应变计为三向应变计，布点布置如图3所示。主要目的是获得失效位置及沿线焊点处钣金应变数据。

2.3 驾驶室应变测试数据分析

本文在海南试验场进行了三轮坏路工况驾驶室应力应变数据采集试验，试验结果如图4。由图4a可知，测点1（失效位置处）应力达到201MPa，远超钣金材料本身屈服强度，测点2-测点6应力较小，在50MPa以内，测点7应力为85MPa，且所有测点最大应力都出现于鱼鳞坑路面。

3 駕驶室CAE结构强度优化分析

3.1 基础驾驶室强度分析

本文采用Hyperworks软件建立某驾驶室有限元模型，单元类型为QUAD4 及少量板壳单元来划分，网格尺寸大小为6mm，材料为常见的DC01-DC06系列，有限元模型如图5。

驾驶室强度分析工况：静态工况，对扭工况，制动工况，转弯工况工况。基础驾驶室强度分析应力结果云图如图6，最大应力值见表1。

3.2 优化方案强度分析

基于实测应变数据分析及基础方案强度分析，主要来自对扭工况影响，本文提出性价比高的优化方案Opt1钣金搭接增加结构胶，其强度分析结果如图8所示，应力得到大幅下降。

4 结论

本文基于Hyperworks软件，对某轻卡驾驶室进行了强度分析，同时在试验场进行了驾驶室应力应变采集，驾驶室钣金应力较大的响应来源于鱼鳞坑路，最后进行了驾驶室结构优化，CAE强度分析满足目标要求，同时路试验证通过。

参考文献

[1] 刘丽亚.商用车驾驶室乘员安全性仿真分析与试验研究[D].吉林： 吉林工业大学，2011.

[2] 雷飞，李贵涛.高强度钢在商用车正碰安全性设计中的应用研究 [J]机械强度，2017，39（1）：71-78.

[3] 龚红兵.海南汽车试验场可靠性试验强化系数的计算[J]汽车研究与开发，1997，26（1）：35-39.