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通过采用ANSYS软件对黄海牌某型客车的分析，说明有限元分析技术在客车结构设计和改进设计的实用性，随着有限元技术中在客车领域应用的不断深入，必将在以后的新产品开发和老产品改进设计中发挥更加广泛的作用。
黄海牌某型客车是在原有设计结构基础上，应用户要求而开发的，底盘由原三级踏步改为二级踏步，车身内饰高增加了130mm改制而成的新型城市客车，其设计周期较短，存在一些设计不足。
该车批量提交用户使用后陆续发现了一些问题，如车内顶棚颤动、车身骨架断裂、蒙皮撕裂、通道灯跌落等，为找出具体原因，为维修和后续车辆的再生产的改进设计提供理论依据，我们采用美国ANSYS公司软件对其整车骨架结构开展了模态和强度分析工作。
整车结构有限元计算模型
根据客车骨架是由矩形钢管焊接而成的空间杆系结构的结构特点，大多数经验表明对客车骨架来讲，由梁单元构成的有限元计算模型，精度可以满足计算要求，同时解题规模也可以得到了有效控制，因此我们采用空间梁单元来模拟该车骨架结构。 （图片） 客车的使用情况非常复杂，车身承受的载荷很多，但理论分析、室内实验和使用情况表明，就其载荷性质而言，车身所受到的主要载荷为弯曲、扭转、侧向载荷和纵向载荷等几种。弯曲载荷主要产生于乘员、货物、自重、设备重量，该车的设备和乘员都按实际位置加载到等效的关键点上。扭转载荷产生于路面不平度对车身造成的非对称支承。作为对比计算，可用静态最大可能的扭矩（通常模拟一个车轮悬空的极限状态）。侧向载荷和纵向载荷主要来自转弯、制动（启动）等惯性力。
由于时间要求较急，考虑到该车为后置客车，后部载荷相对较大，本次计算分析主要讨论比较危险的满载情况下（即有设备自重，还有座席和站立乘员，共计100人）的弯曲、右后轮悬空、左后轮悬空三种载荷工况，同时对整车也做了模态分析，以比较全面考察该车的振动和强度问题。
强度计算
通过计算表明该车应力值并不是很大，各工况计算结果如下相应应力结果云图。
弯曲工况（图片） 悬空工况（右后轮）（图片） 悬空工况（左后轮）（图片） 通过强度计算表明该车应力值并不是很大，三种工况的结构应力较大部位主要集中在车门四角、前后悬架后吊耳与纵梁连接处、后轮孔处，与用户反映断裂部位吻合。在弯曲和扭转工况下，后轮孔处、乘客门四角处的应力值都普遍较高，在车辆运行中交变载荷作用下容易引起疲劳断裂，是门立柱断裂和后轮孔处蒙皮撕裂的主要原因。
模态分析
模态分析结果该车整体固有频率值不是很高，特别是低阶频率，说明整车动刚度较小，这主要是由于三级踏步改为两级踏步结构变化造成的；同时顶盖的局部模态出现又特别多，且频率值较集中，主要是顶盖两侧槽型纵梁的局部振型，振幅也较大，如果与路面等外部激振频率耦合极易导致共振，这是引起顶棚颤动，通道灯螺栓松动、通道灯跌落的主要原因；从振型图中可以看出后部两纵梁振幅较大，对该车的解剖后我们发现此处顶盖弯梁有一根已断裂，静力学计算此处应力并不大，应该是由于纵梁的振动导致的疲劳破坏。（图片） 改进方案
根据该车的强度计算分析和模态分析结果，参照该车的解剖和现场维修人员反映情况，我们提出如下改进方案:
a 在顶盖局部增加了两根弯梁，同时将槽型纵梁与附近矩型管纵梁间增加连接，以改善此纵梁的刚性，使顶盖局部振动频率值提高，增大频率间隔。主要是为解决顶盖局部振型较多，引起顶盖颤动而提出的。
b 在后轮孔处增加轮孔曲梁，在后轮孔上方及后部斜窗下部增加斜撑，增加局部刚性。
c 在门立柱处与侧窗下横梁连接处增加内圆角，以减小此处的应力集中。
d 轮孔处蒙皮改为翻边结构，减少由于此处蒙皮剪型过程造成的缺陷导致蒙皮撕裂现象的出现。
通过以上改进措施，整车最大应力有所下降，特别是容易断裂的侧围骨架，应力值下降较大，用户反映强烈的顶棚颤动问题也得到了极大缓解。
5/13/2005
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