摘 要：应用 Altair 公司的 HyperMesh 软件，建立了一款城市 8 米公交客车车身骨架有限元模型，通 过四种典型工况分析了整体骨架的强度。针对有限元强度分析结果，找到应力较大区域，并对应力较大 的区域进行局部结构改进和优化。优化后的骨架结构达到满意的效果，为该车型的进一步设计提供参考。 关键词：有限元 强度 结构优化 公交客车 HyperWorks

        Abstract: The finite element model of an eight meters long bus is established by HyperMesh, which is a famous tool for FEM . Then an analysis is performed on the strength of the bus frame in four cases. According to the result, the stress concentration location is found. Then,   the structure of this location is optimized. After structural optimization, the bus frame can meet design needs. The analysis and optimization of the bus structure are good guidelines for further design.
Key words: finite element, strength, structural optimization, bus, HyperWorks

1 引言

         公交客车是我国城镇居民最主要的交通工具。随着城市的发展，城市人口数量大幅增长，市民活动 范围也大幅扩大，这对城市公交客车提出了更高的要求和需求。为了满足这种逐渐增长的需求，广汽集 团研发了一款低地板一级踏步 8 米公交客车。

       该客车车架采用的是三段式结构，即分为前驾驶区域、中部乘客聚集区域以及后部发动机区域[1]， 如图 1 所示。车身骨架主要由型钢搭接焊接而成。在设计之初，试验样车尚未定型，整体结构设计是 否满足强度要求无法掌握，因此有必要借助有限元分析技术，通过仿真分析四种典型工况下的车身骨架 和车架的强度，找出应力集中的区域，优化结构设计，降低结构应力，以达到设计要求[2~9]。同时可 以大大减少研发成本，提高设计效率。

2 有限元分析



2.1 建立有限元模型

       整个客车骨架的有限元模型，在 HyperMesh 中创建，强度计算通过 OptiStruct 实现，结果在
HyperView 中处理。

       用壳单元划分网格，单元基本尺寸为 10mm 左右，整个骨架共划分 722232 个单元，751928 个节 点，其中四边形单元 717767 个，三角形单元 4465 个，三角形单元占总单元比例为 0.6%。

       建模过程中将整体骨架划分为 7 个部分：前围、后围、左侧围、右侧围、车内扶手、顶棚和车架， 如图 2 所示。通过模块的划分，一方面可以增加协作性，项目组每个成员划分一个部分的网格，然后 整体连接；另一方面可以减少模型连接的错误，在每个划分的总成里面独立检查模型，然后整体检查模 型的连接。

        主要采用两种方式：一种是节点共用，这种方式的精度很高，但是建模效率较低；另一种是采用刚性梁单元在缝焊位置连接相应的单元节点来模拟实际的焊接，这种连接方式 不必要求节点严格对齐，可大大提高效率。本文主要采用共用节点的方式，对于部分接头，共用节点比 较困难，则采用刚性连接。完整的有限元模型如图 3 所示。


2.2 边界条件及工况

       本分析主要研究四种典型工况下的强度，工况描述如图 4 所示[10~11]。图中 a、b、c、d 四点表示 四个板簧中心点位置，通过约束这四个点来组合模拟各种工况。表 1 描述了四种工况，其中 g 表示重 力加速度，约束的数字表明的是该位置的自由度方向，“1、2、3”分别表示 X，Y，Z 三个自由度方向，“-”表示该位置无载荷或者无约束。