[发明专利]一种基于高强钢的全承载客车车架轻量化方法

摘要

本发明公开一种基于高强钢的全承载客车车架轻量化方法，通过屈服700MPa级高强度钢材的使用，结合合理的壁厚替换公式与有限元仿真方法，结构的屈服强度得到了有效得提高，对方管壁厚的减薄实现了车架质量的降低，降低了整车的能耗，提高了整车的续驶里程。仅对方钢壁厚的改变而不改变方钢外截面的尺寸，对原有的结构设计变更小，几乎没有影响，钢结构的通用性更佳，有利于批量化生产。高强钢相比铝合金价格更优，工艺性更好，有利于降低调整生产工艺的成本。通过基于方钢壁厚的刚度灵敏度仿真计算，有针对性地在保证车架刚度性能的前提下进行轻量化。

主权项

1.一种基于高强钢的全承载客车车架轻量化方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)根据原普通钢设计的车架，建立有限元模型，进行基于静态弯曲、制动、转弯及扭转四种典型工况的结构静强刚度有限元分析；(2)根据整车静强刚度分析结果，明确整车骨架在弯曲、制动、转弯及扭转四种工况下的受力特点，考查整车骨架的等效应力与位移变形大小；(3)开展基于方钢壁厚的整车刚度灵敏度仿真计算，计算节点位移相对于方钢壁厚参数变化的灵敏度，再通过节点位移和车身刚度之间的联系，得到整车弯曲扭转刚度的灵敏度；(4)根据分析得到的应力与位移变形结果，明确车架高强钢的替换区域及替换规格，对于原结构应力未超过原材料屈服强度的杆件进行高强钢方管的替换，其中，方管的截面长宽不变，仅替换成壁厚更小的高强钢方管，替换公式按照进行，其中t₁为高强钢壁厚；t₂为原设计方管壁厚；σ₁为原设计方管屈服极限；σ₂为高强钢屈服极限；(5)对替换后的整车新结构进行第二轮的CAE分析，计算其结构静强度、刚度、模态及碰撞性能，验证新结构性能满足国标及使用要求，若仿真结果不满足要求，则对不满足的区域结构进行继续修改，直至计算结果满足要求；(6)新结构的结构性能仿真满足后，结合700MPa级高强钢的化学成分与力学性能，修订高强钢的焊装工艺规程与总装工艺规程；最终，验证修订的焊装工艺与总装工艺可进行批量化生产；(7)完成高强钢结构设计到生产工艺设计的轻量化全过程。