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文獻(xiàn)中規(guī)定，試驗(yàn)后座墊上方應(yīng)有不小于900mm的凈高度；地板處向上應(yīng)有不小于1350mm的凈高度；輕型專(zhuān)用校車(chē)的通道高度應(yīng)不小于1440mm。通過(guò)結(jié)果模型測(cè)量得到，車(chē)身在承受1.5倍車(chē)裝備質(zhì)量載荷時(shí)，車(chē)身底板處向上的最小高度為1634.8mm，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。
2011年初，我國(guó)正式發(fā)布的《乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度》，主要參照文獻(xiàn)制定，主要有限元分析驗(yàn)證乘用車(chē)前上部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。要求車(chē)身通過(guò)車(chē)架與地而剛性連接固定，保證車(chē)輪不與地而接觸。通過(guò)762mmx1829mm。的矩形剛性墻對(duì)車(chē)頂加載，剛性墻的側(cè)翻角a=25°，俯仰角5°。剛性墻與車(chē)身的接觸摩擦因數(shù)為0.3，并以慢勻速沿其法向向下連續(xù)加載。法規(guī)要求車(chē)身頂部結(jié)構(gòu)在承受1.5倍整備質(zhì)量的載荷(若該載荷超過(guò)22240N，則取22240N)后，頂部變形量不得超過(guò)127mm。仿真結(jié)果變形如圖所示。在頂部變形量一定時(shí)，接觸力越大，承載能力越強(qiáng)。
仿真得到的接觸力一時(shí)間曲線如圖所示。該型車(chē)的整車(chē)整備質(zhì)量為2850kg，在頂部接觸力達(dá)到22240N時(shí)，對(duì)應(yīng)的剛性墻加載位移是25.34mm，變形量遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的127mm。要求。在113ms時(shí)，頂部接觸力達(dá)到最大值為50223.7N，超出標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，該車(chē)頂結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度符合文獻(xiàn)的要求，同樣滿(mǎn)足乘用車(chē)頂部抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
為對(duì)頂部變形有全面分析，本文采用文獻(xiàn)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法仿真測(cè)量車(chē)身頂部的變形，取滾翻角a=25°，俯仰角5°。調(diào)整車(chē)身初始位置，將其放置在距離水平地而500mm的上方。車(chē)輛受自重作用，從高處下落，通過(guò)該方法能夠較好地模擬實(shí)車(chē)滾翻事故中車(chē)身頂部的變形情況，整車(chē)跌落模型初始位置如圖所示。
整車(chē)跌落車(chē)身頂部形變圖，從中可以看出，客車(chē)右前部車(chē)身頂蓋、前橫梁、中橫梁、后橫梁及立柱在車(chē)體接觸地而時(shí)受到了強(qiáng)烈的沖擊載荷，產(chǎn)生了較大的塑性變形。另外，從圖中還可以看到，車(chē)體接觸到地而的瞬間，巨大的沖擊力使右側(cè)立柱和頂部橫梁發(fā)圖整車(chē)跌落車(chē)身頂部變形圖生彎曲變形，接著沖擊力通過(guò)頂部橫梁被傳遞到右側(cè)，導(dǎo)致右側(cè)立柱也產(chǎn)生彎曲變形。變形區(qū)主要集中在接觸點(diǎn)臨近區(qū)域，由于車(chē)體底架剛度比頂部立柱橫梁剛度大很多，因此，車(chē)體底部基本沒(méi)有變形。
圖是校車(chē)在與剛性地而碰撞過(guò)程中接觸力的變化曲線。該中型校車(chē)的整備質(zhì)量為2850kg，從圖中可以看出，車(chē)頂承受的最大接觸力為240281N，此時(shí)車(chē)頂?shù)淖冃瘟窟_(dá)356.41mm，車(chē)身部件侵入到乘員生存空間，威脅乘員生命安全。從圖中看到，在接觸力滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求下，對(duì)應(yīng)的頂部變形量卻不符合要求，而事故中車(chē)頂部結(jié)構(gòu)的變形是影響乘員安全的關(guān)鍵因素。因此，車(chē)身上部結(jié)構(gòu)需進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
圖是2.3跌落仿真中的應(yīng)力云圖，從中可以看出，承受碰撞力的結(jié)構(gòu)主要有：頂蓋、頂部橫梁、A柱、B柱和側(cè)而結(jié)構(gòu)件。為了提高車(chē)身頂部在滾翻事故中抗變形能力，可以通過(guò)優(yōu)化關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的截而、材料、厚度等提高車(chē)頂強(qiáng)度，降低乘員的傷害程度。
在滾翻事故時(shí)，頂部第一根橫梁及側(cè)力柱受到強(qiáng)烈的沖擊，并發(fā)生劇烈的變形，將第一根橫梁和側(cè)力柱的材料由原有抗拉強(qiáng)度為409MPa的冷軋鋼替換成抗拉強(qiáng)度大于800MPa的高強(qiáng)度鋼。從仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在頂部受到非垂直方向的載荷沖擊時(shí)，頂部結(jié)構(gòu)發(fā)生較大的位移變形，是由于頂部橫梁與側(cè)立柱之間的連接頭發(fā)生的彎曲變形造成的，如圖所示。
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