CN111017071A - 一种厢式货车可折d形系固钩和系固点强度显式计算及评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种厢式货车可折D形系固钩和系固点强度显式计算及评价方法。D形系固钩由D形拉环和固定板组成，D形系固钩连接在车身地板上，形成系固点，为厢式货车货物固定提供支承。该D形系固钩的强度显式计算和评价方法是先通过在系固钩上施加载荷，持续加载一定时间后卸载，计算出单独系固钩的最大永久变形H21；再将系固钩转化成刚性单元计算系固钩连接到车身地板上的最大永久变形H43；通过线性叠加，最后计算出系固点的最大永久变形H，进而判断系固点强度是否满足使用要求。本发明提出的方法适用于厢式货车系固系统的开发，能提高开发的可靠性及效率。
Description
技术领域
本发明属于厢式货车系固系统技术领域，具体涉及一种厢式货车可折D形系固钩和系固点强度显式计算及评价方法。
背景技术
近年来，我国在经济建设上取得了很大的成就，道路货物运输基础作用也在不断地增强，营运车辆的安全性受到了高度关注。针对货车，2018交通运输部制定了JT/T1178-2018《营运货车安全技术条件第一部分：载货汽车》标准，标准适用于N1类、N2类、N3类载货汽车。货物装载是保证货物运输安全的前提条件，是货物运输安全的基石。货物系固点的要求作为安全性一部分纳入标准中，系固点可以保证货物在运输过程中不发生滑动、滚动、坠落等情况，能够使得货物安全合理的安置在车厢地板上，货物系固点设计数量、结构特征、安装位置等要求也纳入标准中，合理使用系固点能够安全有效地运输货物，提高营运车辆的安全性。
货物固定扣的设计以及系固点的性能分析和校核是货车系固系统开发的重要组成部分，但在系固点强度分析中，材料会进入塑性区，变形量比较大，并且存在大量接触，非线性程度高，一般非线性的强度分析可采用显式或隐式计算的方法进行分析，显式计算效率慢但收敛性快，隐式计算效率虽然快，但结构存在大变形时容易不收敛，因此需要对系固点强度分析和校核方法进行优化，以达到进一步提高货物固定效果的目的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种厢式货车可折D形系固钩和系固点强度显式计算及评价方法，可以对基于可折D形系固钩的系固点的强度进行准确又兼顾效率的强度计算，提高厢式货车系固系统开发的可靠性及开发效率。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种厢式货车可折D形系固钩，包括由D形拉环和固定板构成的D形系固钩，固定板为由薄板对折而成的钣金件，其下端连接部的横截面为圆环形，D形拉环为由圆棒材弯曲而成的半圆环，D形拉环的水平部穿过固定板的连接部，从而与之相连，固定板的中心处设有安装孔，安装孔通过螺栓固定在车身底板上构成系固点
本发明还提供一种系固点强度显式计算和评价方法，具体步骤如下：
步骤S1、将系固钩拉环划分为体单元，系固钩钣金件划分为壳单元并设置材料属性；
步骤S2、系固钩拉环与钣金之间做单面接触；
步骤S3、系固钩安装点用刚性单元连接并约束全部自由度；
步骤S4、在系固钩拉环顶部内侧用刚性单元抓取受拉部位单元模拟加载装置施加载荷，[0-t1]施加较小载荷F1消除间隙位移H1，[t1-t2]施加载荷F2，[t2-t3]卸载，得出单独系固钩最大永久变形H2，然后计算出沿垂直方向拉伸单独系固钩最大永久变形H21，H21=（H2-H1）；
步骤S5、将系固钩拉环由体单元变成壳单元，并与系固钩钣金件均设置刚性材料；
步骤S6、将系固钩通过螺栓连接到车身地板上，采用初始截面应力法对螺栓施加预紧力；
步骤S7、系固点周边车身通过焊点连接，采用LS-DYNA提供的基于力值的焊点失效判据：
式中焊点所受的拉伸力、剪切力、弯矩、扭矩可通过相应的焊点力学性能试验获得，当FC≥1时，焊点失效；
步骤S8、对系固钩施加作用力，[0-t1]施加载荷F1消除间隙位移H3（H3与H1相同），[t1-t2]施加载荷F2，[t2-t3]卸载，得出白车身系固点地板最大永久变形H4，再计算出沿垂直方向拉伸系固点地板最大永久变形H43，H43=（H4-H3）；
步骤S9、计算系固点最大永久变形H （H= H21+ H43）；
步骤S10、当载荷达到名义载荷时，最大的永久变形量≤12mm；当载荷达到1.25倍的名义载荷时，系固点的功能正常使用，允许额外的永久变形。
本发明进一步限定的技术方案是：系固钩可沿垂直地板方向拉伸或沿0~60°范围方向拉伸。
进一步的，系固点的螺栓可采用实体单元或BEAM模拟，实体单元采用初始截面应力法施加螺栓预紧力，BEAM模拟螺栓则采用初始轴力法来施加螺栓预紧力。
进一步的，施加载荷的加载方式包括LOAD NODE、LOAD RIGID BODY，或用一维单元连接到系固钩上，在一维单元上加载力，通过观察其变形所对应拉力大小来计算系固点强度。
本发明的有益效果是：1. 本发明的D形系固钩，结构简单，占用空间小，使用方便，能和多种类型系固点合理匹配；2.本发明的系固点强度显式计算及评价方法可对D形系固钩的系固点的强度进行准确又兼顾效率计算，对于提高厢式货车系固系统开发效率有较大的实用价值。
附图说明
图1为本发明的系固点强度测试示意图；
图2为本发明的系固钩的结构示意图；
图3为本发明的系固点强度分析边界示意图；
图4为本发明的载荷加载曲线示意图；
图5为本发明的系固钩在车身底板状态示意图；
图6为本发明的单独系固钩及地板永久变形示意图。
具体实施方式
实施例1
图1为系固点强度测试示意图，本实施例的D形系固钩，由可折D形系固钩由D形拉环和固定板组成的，D形拉环是由圆棒材弯曲而成的半圆环，直径d=6mm,材料Q345，固定板是由金属薄板冲压形成的钣金件； D形拉环和固定板之间可相对转动、折叠；固定板半圆端中心开有圆形孔，孔径d=16mm，材料Q235,固定板在圆形孔处通过螺栓连接到车身地板上，形成系固点, 请参阅图2-图5。
将三维实体模型导入有限元前处理软件中,将系固钩拉环进行划分，设置单元目标长度为1mm，划分符合质量标准的六面体单元；设置系固钩钣金冲压件目标长度为4mm,划分符合质量标准的壳单元。将系固钩拉环与钣金冲压件之间做AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE接触。将系固钩安装点用刚性单元连接并约束全部自由度。在系固钩拉环顶部内侧用刚性单元抓取受拉部位单元节点生成质心并在质心处施加载荷，[0-t1]施加载荷F1(加载方式为LOAD NODE，调用LOAD CURVE时间与力加载曲线)消除间隙位移H1，如图6所示，[t1-t2]施加载荷F2(加载方式为LOAD NODE，调用LOAD CURVE时间与力加载曲线)，[t2-t3]卸载，得出单独系固钩最大永久变形H2如图6所示。计算出沿垂直方向拉伸单独系固钩最大永久变形H21，H21=（H2-H1）。
白车身按照相关网格标准进行划分，并做好相关连接接触等。用有限元软件将系固钩拉环由体单元变成壳单元，并与系固钩钣金件均设置刚性材料。将系固钩通过螺栓连接到车身地板上，采用初始截面应力法对螺栓施加预紧力。通过相应的焊点力学性能试验输入焊点所受的拉伸力、剪切力、弯矩、扭矩，采用LS-DYNA提供的基于力值的焊点失效判据：
当FC≥1时，焊点失效；
对系固钩施加作用力，[0-t1]施加载荷F1(加载方式为LOAD RIGID BODY，调用LOADCURVE时间与力加载曲线)消除间隙位移H3（H3=H1），[t1-t2]施加载荷F2(加载方式为LOADRIGID BODY，调用LOAD CURVE时间与力加载曲线)，[t2-t3]卸载，得出白车身系固点地板最大永久变形H4，如图6所示。计算出沿垂直方向拉伸系固点地板最大永久变形H43，H43=（H4-H3）；
计算系固点最大永久变形H（H= H21+ H43）。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种厢式货车可折D形系固钩，其特征在于，包括由D形拉环和固定板构成的D形系固钩，所述固定板为由薄板对折而成的钣金件，其下端连接部的横截面为圆环形，所述D形拉环为由圆棒材弯曲而成的半圆环，所述D形拉环的水平部穿过所述固定板的连接部，从而与之相连，所述固定板的中心处设有安装孔，所述安装孔通过螺栓固定在车身底板上构成系固点。
2.一种厢式货车可折D形系固钩和系固点强度显式计算和评价方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤S1、将系固钩拉环划分为体单元，系固钩钣金件划分为壳单元并设置材料属性；
步骤S2、系固钩拉环与钣金之间做单面接触；
步骤S3、系固钩安装点用刚性单元连接并约束全部自由度；
步骤S4、在系固钩拉环顶部内侧用刚性单元抓取受拉部位单元模拟加载装置施加载荷，[0-t1]施加较小载荷F1消除间隙位移H1，[t1-t2]施加载荷F2，[t2-t3]卸载，得出单独系固钩最大永久变形H2，然后计算出沿垂直方向拉伸单独系固钩最大永久变形H21，H21=（H2-H1）；
步骤S5、将系固钩拉环由体单元变成壳单元，并与系固钩钣金件均设置刚性材料；
步骤S6、将系固钩通过螺栓连接到车身地板上，采用初始截面应力法对螺栓施加预紧力；
步骤S7、系固点周边车身通过焊点连接，采用LS-DYNA提供的基于力值的焊点失效判据：
式中焊点所受的拉伸力、剪切力、弯矩、扭矩可通过相应的焊点力学性能试验获得，当FC≥1时，焊点失效；
步骤S8、对系固钩施加作用力，[0-t1]施加载荷F1消除间隙位移H3（H3与H1相同），[t1-t2]施加载荷F2，[t2-t3]卸载，得出白车身系固点地板最大永久变形H4，再计算出沿垂直方向拉伸系固点地板最大永久变形H43，H43=（H4-H3）；
步骤S9、计算系固点最大永久变形H （H= H21+ H43）；
步骤S10、当载荷达到名义载荷时，最大的永久变形量≤12mm；当载荷达到1.25倍的名义载荷时，系固点的功能正常使用，允许额外的永久变形。
3.根据权利要求2所述的一种厢式货车可折D形系固钩和系固点强度显式计算和评价方法，其特征在于，所述系固钩可沿垂直地板方向拉伸或沿0~60°范围方向拉伸。
4.根据权利要求2所述的一种厢式货车可折D形系固钩和系固点强度显式计算和评价方法，其特征在于，所述系固点的螺栓可采用实体单元或BEAM模拟，所述实体单元采用初始截面应力法施加螺栓预紧力，BEAM模拟螺栓则采用初始轴力法来施加螺栓预紧力。
5.根据权利要求2所述的一种厢式货车可折D形系固钩和系固点强度显式计算和评价方法，其特征在于，施加载荷的加载方式包括LOAD NODE、LOAD RIGID BODY，或用一维单元连接到系固钩上，在一维单元上加载力，通过观察其变形所对应拉力大小来计算系固点强度。
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