基于Nastran 的某轻卡栏板轻量化仿真优化研究

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【汽车轻量化在线】基于Nastran 的某轻卡栏板轻量化仿真优化研究

来源：期刊-《汽车实用技术》；作者：杨新超

（江西江铃专用车辆厂限公司 产品技术部）

摘 要：文章基于有限元法，采用Nastran 软件，对某商用轻卡的基础普钢窄尺寸栏板、基础普钢宽尺寸栏板、高强钢窄尺寸栏板和高强钢宽尺寸栏板共计四种上装方案进行了CAE 刚度和强度分析，对比结果显示，两款高强钢栏板方案较基础方案结构强度性能得到提升，重量较基础普钢货柜减轻达到49kg 和93Kg,轻量化效果显著。

关键词：轻卡；栏板；轻量化
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引言

随着国家经济飞速发展，轻卡销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。与此同时，随着国六排放法规等政策的陆续出台，国家对于汽车行业提出了更高更严的要求，在此背景下，汽车轻量化设计成为全行业竞争高地和重要发展方向。汽车轻量化技术，旨在保证汽车的强度、刚度和安全等性能的前提下，尽可能地减轻整备质量，进而提高汽车工作性能，实现低碳绿色环保可持续发展。货柜系统，是商用车核心承载部件，其重量占整车比高达30%以上[2-3]，因此，研究商用车栏板柜轻量化方案具有重要的经济和社会价值。

本文基于有限元法，采用Nastran 软件，对某商用轻卡的基础普钢窄尺寸栏板、基础普钢宽尺寸栏板、高强钢窄尺寸栏板和高强钢宽尺寸栏板共计四种上装方案进行了CAE刚度和强度分析，对比结果显示，两款高强钢栏板方案较基础方案结构强度性能得到提升，重量较基础普钢货柜减轻达到49kg 和93Kg，轻量化效果显著。

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窄尺寸高强钢栏板轻量化CAE 分析

本文对某轻卡基础窄尺寸栏板和高强钢栏板进行了CAE 刚度和强度分析，窄栏板尺寸为长度4100mm、宽度为2050mm、高度为380mm，基于普钢栏板基础上，减少立柱数量和加强板的数量及厚度，其材料由Q235 提升至高强钢REH420LA，对应的材料屈服强度由235MPa增大至420MPa。CAE 分析边界条件如图1，约束车架与货柜安装点的全自由度。

图1 栏板CAE 分析约束边界条件示意图

本文按照上述工况，对基础窄尺寸栏板和高强钢栏板进行了刚度和强度对比分析，得到图2 分析结果，基础普钢栏板货架立档位移为2.7mm，左侧围位移为10.3mm，后围板位移为2.4mm，材料提升至高强钢，高强钢栏板货架立档位移为2.3mm，左侧围位移为8.7mm，后围板位移为1.9mm，汇总结果如表1，栏板重量由453kg 减轻至360kg，轻量化效果较理想。

图2 窄尺寸高强钢栏板CAE 分析结果

表1 窄尺寸高强钢栏板CAE 分析结果对比表

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宽尺寸高强钢栏板轻量化CAE 分析

本文采用Nastran 软件，对某商用车轻卡基础宽尺寸普钢栏板和高强钢宽尺寸栏板进行了CAE 刚度和强度分析，栏板尺寸为长度4100mm、宽度为2300mm、高度为550mm，基础栏板材料为Q235 和DC01，高强钢栏板材料为REH 420LA 和H380LA，其屈服强度达到380MPa 和420MPa，刚度分析边界条件为约束车架与栏板安装点的全自由度，在货架立档、左右侧围和后围板中心区域施加1000N 面力，强度工况加载为3.5g 的Z 向静力场，底板均匀施加3.2T 货物质量。

图3 宽尺寸高强钢栏板CAE 分析结果

本文按照上述工况，得到图5 的CAE 对比分析结果， 基础普钢栏板货架立档最大位移为 5mm，左侧围位移为4.9mm，后围板位移为2.4mm，而钣金材料提升至高强钢后，高强钢栏板货架立档最大位移为3.9mm，左侧围位移为3.8mm，改善效果显著，汇总结果如表2，栏板重量由453kg减轻至360kg，轻量化效果非常可观。

表2 宽尺寸高强钢栏板CAE 分析结果对比表

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结论

本文基于有限元法，对对某商用轻卡的基础普钢窄尺寸栏板、基础普钢宽尺寸栏板、高强钢窄尺寸栏板和高强钢宽尺寸栏板共计四种上装方案进行了CAE 刚度和强度分析强度分对比结果显示：

高强钢栏板性能较基础方案结构强度性能得到提升；

相较于基础普钢栏板，两款高强钢栏板方案较基础方案 结构强度性能得到提升，重量较基础普钢货柜减轻达到49kg和93Kg，轻量化效果显著。