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南京聚航科技有限公司
主營產(chǎn)品： 振動時效設備，殘余應力檢測儀，應力應變測量，殘余應力消除設備 |
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主營產(chǎn)品： 振動時效設備，殘余應力檢測儀，應力應變測量，殘余應力消除設備 |
2022-7-22 閱讀(365)
近幾年來，純電動客車因綠色、環(huán)保成為主要交通工具之一。每臺車為了滿足公交對于日均續(xù)駛里程的要求，都配備了2-3t的動力電池，進而整車質(zhì)量上升。為了節(jié)約能源，在保證骨架強度的同時，需對大客車車身結構做輕量化設計。
目前車身骨架設計評估主要通過靜態(tài)應變分析和動態(tài)應變分析，靜態(tài)應變分析主要包括強度和剛度兩方面，即分析骨架的應力和應變情況；動態(tài)應變分析主要是進行低階自由振動的模態(tài)分析。
實驗目的及內(nèi)容
實驗的主要目的是驗證有限元方法模擬仿真結果的準確性，希望能為新能源客車輕量化設計提供一些幫助。為了實現(xiàn)這一目標，根據(jù)某公司已有的有限元仿真模型及其計算結果，通過在實車骨架結構部分重要節(jié)點處布置應變片，進行局部應力及應變的測量，并將實驗結果與仿真結果相比較。
具體可分為以下5個部分：
1. 使用應力應變測試儀進行局部應力應變測量，并記錄初始數(shù)據(jù)。
2. 根據(jù)仿真結果，在應力應變較大的區(qū)域以及異常的區(qū)域設置傳感器點，并打磨、焊接應變片，為獲取實時實驗數(shù)據(jù)做好準備。
3. 對實體客車載重配平，進行靜態(tài)彎扭工況的變形及受力測量，并測量空載以及加載重物兩種情況下，左、右前輪一輪懸空時的應力應變。
4. 進行動態(tài)應變測試，主要分為空載以及加載重物2種情況，并模擬不同路面工況情況下，主要為剎車以及轉彎時的動態(tài)應力分布，實驗中主要參考標準為GBT6792-2009。
5. 統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并對獲取的數(shù)據(jù)進行分析處理。
實驗設備及材料
本次實驗儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應力應變測試儀、JHDY動態(tài)應力應變測試儀。都是由應變儀和軟件構成，基于模塊化設計，能夠按照不同需求組成集散測試系統(tǒng)，各通道可接入不同類型傳感器，完成應力應變、振動（加速度、速度、位移）等各種物理量的采集、測試和分析。多通道實時顯示應變數(shù)值、直接顯示應力，數(shù)據(jù)實時保存。
實驗實施及結果
（1）應變片粘貼及連接
應變片測點的選擇是依據(jù)之前有限元方法模擬仿真和計算的結果，在較大應力區(qū)以及部分非正常應力區(qū)粘貼應變片。應變片粘貼具體位置：客車左側圍3個應變片的布置點，客車右側圍的3個布置點以及客車中門上部的4個布置點?？蛙嚨撞?7各布置點。
在進行動態(tài)應變測試時，需要在底盤的車頭和車尾分別布置2個加速度傳感器。根據(jù)有限元模擬仿真計算中的加載量對實車進行等量加載，本實驗用沙袋代替人進行配重?？蛰d總質(zhì)量為12210kg，模擬加載時稱重為14410kg。
（2）靜態(tài)應變測試結果
靜態(tài)應變測試實驗主要包含2個部分：
1. 靜態(tài)彎曲應變測試，給客車加上配重，進行彎曲應變測試，將實驗結果與模擬結果進行比較。
2. 靜態(tài)和輪懸空測試，在本實驗中，主要測量左前輪懸空、右前輪懸空、空載以及沙袋配重時的應力應變，并用Tecplot軟件進行畫圖，對比分析。
由靜態(tài)實驗數(shù)據(jù)與仿真應力擬合后的曲線對比圖可知，實驗和有限元方法仿真應力曲線一致，在空載左前輪懸空試驗中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢相同的測點共計24個，有效測點共計31個，占比77.4%，誤差在可接受范圍內(nèi)。在空載右前輪懸空試驗中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢相同的測點共計25個，有效測點共計31個，占比80.6%。在加載彎曲工況試驗中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢相同的測點共計25個，有效測點共計31個，占比80.6%。在加載左前輪懸空試驗中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢相同的測點共計26個，有效測點共計31個，占比83.9%，符合要求。在加載右前輪懸空實驗中，誤差在20%以內(nèi)且偏差趨勢相同測點共計25個，有效測點共計31個，占比80.6%。根據(jù)上述分析得出，在靜態(tài)應變測試實驗中，運用有限元仿真模擬計算模型，能夠很好的反映實際情況，仿真具有一定的確準性。
（3）動態(tài)應變測試結果
動態(tài)應變測試主況主要有2種。
1. 動態(tài)急剎車應變測試。將客車以30km/h的時速運行，在途中緊急剎車，測試應力應變情況。
2. 2.急轉彎應變測試。車輛急轉彎時，車身除受垂向載荷外，還承受橫向慣性力的作用，對車身頂蓋和地板骨架產(chǎn)生較大彎矩，而右轉彎時轉彎半徑較左轉彎小，其承受的向心力較大，故考慮右轉彎工況。以30km/h的時速駕駛客車，并以轉彎角度為90°的直角進行轉向，測試此時的應力應變情況。
從動態(tài)試驗與仿真曲線的對比圖可知，在加載剎車試驗中，仿真模擬結果與實際情況整體趨勢吻合度較高，滿足標準要求。而在加載轉彎試驗中，試驗數(shù)據(jù)與仿真結果趨勢大體相同，但是誤差較大，其原因可能為動態(tài)測量道路情況復雜，整車變形屬于瞬態(tài)工況，導致實際誤差較靜態(tài)測量大。
結果分析與結論
（1）靜態(tài)應變測試結果分析
在靜態(tài)空載、滿載下的彎曲和懸空工況下，對實驗測試進行分析，并與有限元仿真結果進行對標，可以得到以下幾個結論。
1.靜態(tài)應變測試結果與仿真結果整體趨勢吻合度較高，滿足標準要求。
2.兩類數(shù)據(jù)對比，局部位置精度達到95%以上，精度達標點占總體布點數(shù)80%以上，精度達標點數(shù)據(jù)滿足要求。
3.由于模擬過程中，模型的前后橋沒有準確CAD數(shù)據(jù)，對最終模擬結果有一定影響。
4.考慮到安全及國標要求，一輪懸空試驗采用的是下降240mm，局部測點而模擬結果與實驗結果依然存在小范圍的偏差，偏差在允許范圍內(nèi)。綜上分析可知，靜態(tài)應變實驗的仿真精度較高，達到標準要求。
（2）動態(tài)應變測試結果與分析
在動態(tài)剎車及轉彎剎車工況下，對實驗測試進行分析，并與有限元仿真結果進行對標，可以得到以下幾個結論。
1.動態(tài)應變測試結果與仿真結果整體趨勢吻合度較高，滿足標準要求。
2.由于模擬過程中，模型的前后橋沒有準確CAD數(shù)據(jù)，對最終模擬結果造成一定影響。
3.局部測點的模擬結果與試驗結果依然存在小范圍的偏差，偏差在允許范圍內(nèi)。
4.總體而言，動態(tài)應變測試結果與仿真相對應結果，緊急制動工況趨勢吻合度較高，而極速轉彎工況局部位置誤差較大，急轉彎工況誤差較大原因是由于應力結果數(shù)值較小，基本在10-20MPa范圍之內(nèi)，所以微小的誤差占總體的權重較大，動態(tài)實驗結果與仿真結果整體趨勢吻合度較高。
結語
按照國家標準《GB/T6792-2009 客車骨架應力和形變測量方法》，對純電動車公交車整體骨架結構在動、靜狀態(tài)下的不同工況進行應變測試實驗，同時與有限元仿真結果進行對比。結果發(fā)現(xiàn)；針對空載、滿載下的彎曲和懸空工況，靜態(tài)應力試驗結果與仿真結果整體趨勢吻合度較高。針對動態(tài)剎車及轉彎剎車工況，動態(tài)應力實驗結果與仿真結果整體趨勢一致，滿足標準要求，但具體數(shù)值存在一定誤差，需要對軟件程序進行一定的修改。
此次電動客車骨架應變測量實驗測試達標測點占總成測點比例95%以上，達到電動客車骨架測量應力、應變的實驗要求。針對純電動公交車進行的有限元仿真結果在靜態(tài)部分可信且精度較高，可以為純電動公交客車輕量化設計提供依據(jù)，而在動態(tài)部分，總體趨勢與實際情況大致相同，但是精度不高，仍需改進。
