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摘要：本文运用CAE技术建立了车厢骨架的强度刚度有限元模型，计算得出该骨架车架在多种工况下的强度值以及扭转和弯曲刚度值， 结果证明满足材料的屈服极限要求。因此不仅掌握了车厢骨架设计中的薄弱环节，也保障了该装备顺利完成各项性能试验，并通过了设计定型。
关键词：履带急救车 车架 强度 刚度 有限元
1007-9416（2012）12-0061-03
某履带式急救车主要用于通过各种复杂地形（山地、沙漠、泥泞、沼泽、冰雪地）运送伤病员，并对伤病员实施除颤监护、呼吸吸引、包扎固定、输液供氧等途中紧急救治。整车由铰接转向全地形履带式底盘和伤病员运送、急救功能模块组成（如图1所示），功能模块采用大板车厢结构形式。
车厢骨架结构对整车性能具有重大的影响。考虑到该车跨越壕沟和垂直越障时复杂地形对车辆的强烈冲击，以及运送伤病员过程中不能对伤病员造成二次损伤，车厢结构设计必须充分满足安全性和可靠性要求，同时最大程度兼顾轻量化目标。
随着有限元理论与计算机技术的发展，CAE技术已成为现代产品研发的重要手段之一。在方案设计阶段对车厢骨架进行强度和刚度性能的仿真、评价和预测，并针对薄弱环节进行优化设计，对提高装备的整体性能和设计水平具有不可替代的作用。
车厢骨架及埋铁为钢材料，定义其材料属性为弹性模量，泊松比，密度7800kg/m3，屈服极限。
根据车厢和底盘的连接情况，考虑两种工况[4]进行模拟，其边界约束情况如下：
（1）正常行驶工况：约束副车架和底盘的4处连接部位节点所有自由度。（2）扭转工况：在弯曲工况的基础上释放左后部位节点的自由度，以模拟该车承受冲击作用时的情况。
由上述分析计算的结果可知，车厢底板骨架的最大应力为σ=36.1MPa，车厢顶盖骨架的最大应力为σ=26.5MPa，车厢左侧板骨架的最大应力为σ=18MPa，车厢副车架的最大应力为σ=52.6MPa，车厢骨架总体的最大应力为σ=59.2MPa，位于副车架后部与底板的交接处。可见，在正常行驶工况下车厢骨架各部分的最大应力均小于材料的屈服极限，结构强度满足要求。
（2）扭转工况：计算得到车厢骨架在扭转工况[5]下车厢各部分的等效应力分布如图4所示，其中应力单位为Pa。
由上述分析计算的结果可知，车厢底板骨架的最大应力为σ=63.4MPa，车厢顶盖骨架的最大应力为σ=22.5MPa，车厢左侧板骨架的最大应力为σ=16MPa，车厢副车架的最大应力为σ=191MPa，车厢骨架总体的最大应力为σ=191MPa，位于副车架后部与底板的交接处。可见，在扭转工况下车厢骨架各部分的最大应力均小于材料的屈服极限，结构强度满足要求。
（1）正常行驶工况：经计算得到车厢骨架在正常行驶工况下各部分的变形分布如图5所示，其中位移单位为mm。
由上述分析计算的结果可知，车厢底板骨架的最大位移是1.002mm，车厢顶盖骨架的最大位移是1.662mm，车厢左侧板骨架的最大位移是0.59mm，车厢副车架的最大位移是0.736mm，车厢骨架总体的最大位移是1.002mm，位于车厢底板后部。可见，底板的挠度与副车架的挠度相差较小，表明底板与副车架在受到向下的压力作用时以整体弯曲为主，底板的局部弯曲较小。
（2）扭转工况：经计算得到车厢骨架在正常行驶工况下各部分的变形分布如图6所示，其中位移单位为mm。
由上述分析计算的结果可知，车厢底板骨架的最大位移是2.764mm，车厢顶盖骨架的最大位移是2.7，车厢左侧板骨架的最大位移是0.59mm，车厢副车架的最大位移是2.771mm，车厢骨架总体的最大位移是2.771mm，位于车厢副车架。可见，底板的挠度与副车架的挠度相差较小，表明底板与副车架在受到向下的压力作用时以整体弯曲为主，底板的局部弯曲较小。
3、结语
（1）运用有限元软件建立了车厢骨架的强度刚度分析计算模型，通过施加约束模拟不同工况进行刚强度计算，准确掌握了车厢骨架设计中的薄弱环节。
（2）车厢骨架正常行驶工况最大应力为59.2MPa、扭曲工况最大应力为191MPa，均小于屈服极限。结构强度满足要求。
（3）车厢骨架刚度分析显示，在正常行驶工况下整体变形相对较小，最大变形位于顶盖骨架上，为1.662mm；扭转工况下最大变形出现在副车架，最大值为
参考文献
GJB5513.野战急救车规范[S].中国人民解放后勤部，200
[3]胡玉梅.车辆结构强度基本理论与CAE分析技术[M].重庆：重庆大学出版社，2009.
[4]夏秀岳，索小争，胡玉梅等.微型客车车身疲劳破坏CAE仿真[J].计算机辅助工程，2
[5]冯国胜.客车车身结构的有限元分析.机械工程学报，1999，35（1）：91-95.
[6]王海霞，汤文成，钟秉等.CJ6121GCHK型客车车身骨架有限元建模及结果分析方法研究[J].汽车工程，2001，23（1）：33-36.
关键词：履带急救车 车架 强度 刚度 有限元
1007-9416（2012）12-0061-03
某履带式急救车主要用于通过各种复杂地形（山地、沙漠、泥泞、沼泽、冰雪地）运送伤病员，并对伤病员实施除颤监护、呼吸吸引、包扎固定、输液供氧等途中紧急救治。整车由铰接转向全地形履带式底盘和伤病员运送、急救功能模块组成（如图1所示），功能模块采用大板车厢结构形式。
车厢骨架结构对整车性能具有重大的影响。考虑到该车跨越壕沟和垂直越障时复杂地形对车辆的强烈冲击，以及运送伤病员过程中不能对伤病员造成二次损伤，车厢结构设计必须充分满足安全性和可靠性要求，同时最大程度兼顾轻量化目标。
随着有限元理论与计算机技术的发展，CAE技术已成为现代产品研发的重要手段之一。在方案设计阶段对车厢骨架进行强度和刚度性能的仿真、评价和预测，并针对薄弱环节进行优化设计，对提高装备的整体性能和设计水平具有不可替代的作用。
1、车厢骨架结构分析模型
1.1 构建三维模型
根据车厢功能设计要求，利用SolidWorks软件建立车厢骨架结构三维模型，如图2所示。主要由截面为四边形的实体组成，还有部分加强筋结构的几何模型。1.2 建立有限元模型
车厢骨架为钢铝型材，选用实体单元Solid45，单元个数为539723，节点个数为168675。车厢骨架及埋铁为钢材料，定义其材料属性为弹性模量，泊松比，密度7800kg/m3，屈服极限。
根据车厢和底盘的连接情况，考虑两种工况[4]进行模拟，其边界约束情况如下：
（1）正常行驶工况：约束副车架和底盘的4处连接部位节点所有自由度。（2）扭转工况：在弯曲工况的基础上释放左后部位节点的自由度，以模拟该车承受冲击作用时的情况。
2、车厢骨架结构计算结果及分析
2.1 车厢骨架结构强度分析
（1）正常行驶工况：经计算得到车厢骨架在正常行驶工况下各部分的应力分布如图3所示，其中应力单位为Pa。由上述分析计算的结果可知，车厢底板骨架的最大应力为σ=36.1MPa，车厢顶盖骨架的最大应力为σ=26.5MPa，车厢左侧板骨架的最大应力为σ=18MPa，车厢副车架的最大应力为σ=52.6MPa，车厢骨架总体的最大应力为σ=59.2MPa，位于副车架后部与底板的交接处。可见，在正常行驶工况下车厢骨架各部分的最大应力均小于材料的屈服极限，结构强度满足要求。
（2）扭转工况：计算得到车厢骨架在扭转工况[5]下车厢各部分的等效应力分布如图4所示，其中应力单位为Pa。
由上述分析计算的结果可知，车厢底板骨架的最大应力为σ=63.4MPa，车厢顶盖骨架的最大应力为σ=22.5MPa，车厢左侧板骨架的最大应力为σ=16MPa，车厢副车架的最大应力为σ=191MPa，车厢骨架总体的最大应力为σ=191MPa，位于副车架后部与底板的交接处。可见，在扭转工况下车厢骨架各部分的最大应力均小于材料的屈服极限，结构强度满足要求。
2.2 车厢骨架结构刚度分析
通过有限元计算可以得到车厢骨架各部分的变形情况，根据车厢的载荷状况[6]，取总体骨架在垂直方向（坐标轴Y）变形大小来评价车厢的刚度。（1）正常行驶工况：经计算得到车厢骨架在正常行驶工况下各部分的变形分布如图5所示，其中位移单位为mm。
由上述分析计算的结果可知，车厢底板骨架的最大位移是1.002mm，车厢顶盖骨架的最大位移是1.662mm，车厢左侧板骨架的最大位移是0.59mm，车厢副车架的最大位移是0.736mm，车厢骨架总体的最大位移是1.002mm，位于车厢底板后部。可见，底板的挠度与副车架的挠度相差较小，表明底板与副车架在受到向下的压力作用时以整体弯曲为主，底板的局部弯曲较小。
（2）扭转工况：经计算得到车厢骨架在正常行驶工况下各部分的变形分布如图6所示，其中位移单位为mm。
由上述分析计算的结果可知，车厢底板骨架的最大位移是2.764mm，车厢顶盖骨架的最大位移是2.7，车厢左侧板骨架的最大位移是0.59mm，车厢副车架的最大位移是2.771mm，车厢骨架总体的最大位移是2.771mm，位于车厢副车架。可见，底板的挠度与副车架的挠度相差较小，表明底板与副车架在受到向下的压力作用时以整体弯曲为主，底板的局部弯曲较小。
3、结语
（1）运用有限元软件建立了车厢骨架的强度刚度分析计算模型，通过施加约束模拟不同工况进行刚强度计算，准确掌握了车厢骨架设计中的薄弱环节。
（2）车厢骨架正常行驶工况最大应力为59.2MPa、扭曲工况最大应力为191MPa，均小于屈服极限。结构强度满足要求。
（3）车厢骨架刚度分析显示，在正常行驶工况下整体变形相对较小，最大变形位于顶盖骨架上，为1.662mm；扭转工况下最大变形出现在副车架，最大值为
2.771mm。结构刚度满足要求。
（4）所设计的某履带式急救车车厢骨架强度和刚度满足技术性能要求并能提供足够的安全保障，依据该模型研制的装备已顺利完成各项性能试验，并通过了设计定型。参考文献
GJB551
3.野战急救车规范[S].中国人民解放后勤部，2006.
聂毓琴，孟广伟.材料力学[M].北京：机械工业出版社，2009.
[3]胡玉梅.车辆结构强度基本理论与CAE分析技术[M].重庆：重庆大学出版社，2009.[4]夏秀岳，索小争，胡玉梅等.微型客车车身疲劳破坏CAE仿真[J].计算机辅助工程，2
源于：论文提纲格式www.udooo.com
008，17（4）：46-50.[5]冯国胜.客车车身结构的有限元分析.机械工程学报，1999，35（1）：91-95.
[6]王海霞，汤文成，钟秉等.CJ6121GCHK型客车车身骨架有限元建模及结果分析方法研究[J].汽车工程，2001，23（1）：33-36.