客车前部结构正碰仿真与改进

路 斌，任青文，张炳旭，赵丕乐，杨圣淼，孟庆荣

(中通客车控股股份有限公司，山东 聊城 252000)

近几年，客车产业飞速发展，客车的驾乘安全性能越来越受人们关注[1-2]。客车前部结构正碰安全性的研究至今尚未形成完整的安全法规文件[3-5]。本文根据交通运输行业标准《客车前部结构强度要求及试验方法》报批稿，建立等效整车有限元模型，对客车前部结构正碰安全性能进行仿真分析及优化改进，为客车前部结构设计提供参考。

1 原车仿真分析

1.1 有限元模型简化与建立

本文建立某款12 m客车整车三维模型。在准确反映客车实际特性的前提下，有限元建模时进行如下简化[6-11]：

1) 保留骨架、底架、车架主体及主要零部件等，省略非承载件(如内饰件、玻璃等)，并采用2D面网格单元建模。

2) 对于行李架、空调、蒙皮等体积和质量都较大的部件，在各部件质心处建立集中质量单元，连接到车身骨架上。

3) 前后悬架使用实体单元、梁单元、弹簧单元等组合建模，与车架建立柔性连接。

整车有限元模型如图1所示。

图1 整车有限元模型

1.2 材料定义

客车车身骨架和底架普遍使用低碳钢Q235[12]，车架采用高强钢QSTE700。两种钢材的应力应变参数均通过公司进行拉伸试验测试获得，关键参数见表1。整车骨架型钢使用多线段弹塑性材料模型MAT24来定义。发动机、变速器和部分悬架等实体单元使用刚体材料模型MAT20定义。轮胎等橡胶材料使用线弹性材料模型MAT1定义[13-14]。

表1 两种钢材力学性能关键参数

1.3 边界条件和初始条件

1) 使用刚体模型定义刚性壁障和地面，刚性壁障与前围接触，静摩擦系数设为0.6，动摩擦系数设为0.5。……