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某货车货箱连接立柱结构优化分析
长安汽车股份有限公司 陈启亮 毛显红 廖世辉
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摘 要：半承载式货车的车身和货箱两部分依靠车身后侧连接立柱、车架纵梁等有限个连接固定点来固定货箱。因此货车在载重运行过程中，相应的支撑、固定结构所受载荷非常大。在转向工况下，车身后侧立柱承受的载荷较大，而立柱焊接位置这样的设计薄弱区域很容易出现开裂等问题。本文在某型货车中应用MSC.Nastran 对设计方案进行线性强度分析，考察其结构强度并提出改进的意见以指导设计。
关键词：货箱连接立柱；强度； CAE
1. 引言
半承载式货车的设计中，货箱连接立柱连接车身与货箱两部分结构，处于十分重要的地位。在载重运行过程中，货箱连接立柱的本体结构承受严重的载荷，易出现薄弱区域开裂等问题。本论文主要是针对某型半承载式货车在转向工况下，货箱连接立柱的强度优化分析。
2. 基于Nastran 的强度工况分析
本文针对某型半承载式货车的连接立柱在转向工况下，设计薄弱区域易出现强度问题的情况，考察立柱结构的结构强度并提出改进参考意见。
2.1 有限元模型
本文涉及的转向工况分析中，建立车身、底盘与货箱的有限元模型，单元平均尺寸约10mm，细化货箱连接立柱、货箱与车身连接固定结构等处的有限元模型；车身焊点使用CWELD 类型；缝焊采用节点对齐，RBE2 的方式模拟；弹簧、衬套等测量获得刚度矩阵，简化为CBUSH；钢板弹簧简化为BEAM 梁单元；短螺栓简化为RBE2 连接，抓取连接孔及WASHER；胶粘采用RBE2-实体-RBE3 的方式模拟；车门、载重、乘员等简化为CONM2。

（图片）

图1 有限元模型简图

2.2 边界条件与分析方法
本次分析使用极限工况法，模拟货车在实际道路行驶中的各种极限工况下车身受力状态，分析模型约束车轮轮心，施加极限加速度。加速度载荷由多体方法模拟获得。
2.3 分析结果
根据本次分析的结果，关注货箱连接立柱焊点位置的应力分布，输出如图2 所示的应力分布图：

（图片）

图2 设计结构分析结果

3. 连接立柱结构优化
结构中，货箱连接立柱的后侧与货箱连接，因此在转向工况下，后围板与立柱后侧的板件受到车身向向后的惯性力，与转向载荷力在焊点连接处形成前后撕扯的受力方式。
为了改善焊点连接处的受力载荷，提高连接立柱的结构强度，将内部的加强件进行优化更改，如下图：

（图片）

优化前后结果对比：

（图片）

4. 结论
1、对于货箱与立柱连接的半承载式货车，连接立柱的焊接部位是设计薄弱区域，易出现焊点开裂等问题。通过改进立柱加强件，可以改善连接立柱的受力载荷，提高结构强度。
2、Nastran SOL101 线性静力分析已成为行业标准，能准确预测结构静强度，为有效判定问题风险区域，解决强度问题提供依据。
3、CAE 方法在方案设计和改进方面，具有快速、高效的优势，能够有效解决问题，提供有效的设计改进方案。
参考文献
[1] 《MSC.Nastran 基础培训教程》 科学出版社，2005.
[2] 《MSC.Nastran 有限元实例教程》 杨剑 张璞 陈火红编著 机械工业出版社，2007. 3/27/2011

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