第52卷第1期 农业装备与车辆工程 2014年1月 V0l|52 No.1 AGRICULTURAL EQUIPMENT&VEHICLE ENGINEERING January 2014 doi:10.3969/j.issn.1673—3142.2014.01.009 某轻型载货车白车身刚度和强度试验分析 王进,谭继锦,许兆运,吴静 (230009安徽省合肥市合肥工业大学机械与汽车工程学院) [摘要]对某公司开发的新型混合承载式白车身,建立了白车身静刚度和强度测试系统。利用该系统对该货车白 车身的扭转和弯曲工况进行了测试分析,得到了白车身扭转和弯曲工况下的变形情况以及各测点的应力分布 状况。试验结果表明,该测量系统的约束和加载方案合理,测试结果重复性好。测试数据可以作为对标分析和改 进设计的参考。 [关键词】白车身;静刚度;静强度;试验分析 [中图分类号]U463.82 [文献标志码]A [文章编号]1673—3142(2014)01—0036—05 Testing and Analysis on Stifness and Strength of Light Truck BIW Wang Jin,Tan Jijin,Xu Zhaoyun,Wu Jing (School ofMechanical and Automotive Engineering,Hefei University ofTechnology,Hefei City,Anhui Province 230009,China) [Abstract]With the new hybrid and load-style body-in-white developed by an automaker,a body—in—white stiffness and strength test&measurement system was established.Bending and twisting conditions were tested by the system.through which the deformation status of the body—in—white were obtained in the case of bending and twisting.also the stress distribution of the measurement points were obtained.The test results show that the constraint and loading method of the measurement system are rational,leading to good reproducibility of test results.The test data can be used as the reference to do the analysis of benchmarking as well as to improve the design. [Key words]BIW;static stiffness;static strength;testing and analysis O引言 1.1 静刚度测试系统及方法 车身是整车的关键总成.白车身的结构性能会 1.1.1 白车身固定方案 直接影响整车的各项性能。白车身静态刚度和强度 采用专用的车身刚度试验台,该试验台前部 指标反映了车身的抗扭和抗弯性能。是白车身结构 有可转动的T形支架横梁,和可移动的后支架横 设计的重要环节It-21。目前国内外轿车静刚度分析 梁,用以固定车身前后轴对应位置。根据该车的悬 和试验进行得较多,理论和试验方案都比较完善, 架实际安装形式,辅以定制的安装夹具,将车身刚 而一般货车的静刚度分析则采用驾驶室与车架分 性连接在试验台上。前部采用刚性支撑连接在车 离方式进行 。在白车身强度方面,国内也进行了 身前悬位置,后部采用与样车钢板弹簧等效的连 较多的研究,静强度和动强度都有所涉及四。 接方式.用大刚性梁将车架与试验台连接,尽可能 试验样车白车身为驾驶室和车架一体的混合 地模拟车身实际承载状况。车身前后左右调平,中 承载式结构,该种结构形式的货车,目前尚未见相 轴线和试验台扭转横梁中心线一致。扭转刚度试 关静刚度和强度试验分析报道。本文讨论了如何 验时.前T形支架横梁绕其中心旋转一定角度,而 搭建白车身刚度测量系统,以及试验方案和原理, 弯曲刚度试验时,前T形支架横梁加双柱支撑固 对测试数据进行了细致分析。获得了样车车身比 定不动。 较全面的性能数据。为该系列车型开发提供了基 1.1.2加栽装置 础参考数据。 加载装置包括千斤顶、力传感器和标准砝码。 对于扭转工况,通过放在力传感器上的千斤顶对 1 静刚度试验 试验台前T形支架横梁施加向上的作用力,产生 绕旋转中心的等效扭矩;弯曲工况下,根据该车实 收稿日期:2013—05—22 修回日期:2013—11-14 第52卷第1期 王进等:某轻型载货车白车身刚度和强度试验分析 37 际配重.在车身和车架不同位置加载标准砝码,使 其与整车轴荷等效。 1.1.3测试及数据采集系统 测试及数据采集系统包括:位移传感器,水平 仪,传感器固定支座,门框和窗框变形量规,静态 应变仪等所组成的测试系统。 1.1.4测点布置方案 为了全面考察车身的总体刚度,根据该车型 的实际结构和具体的要求以及试验经验,布置了 驾驶室前风窗对角线2个测点,左右门对角线4 个测点。左右门槛梁6个测点,前桥左右悬置2个 测点.车架左右纵梁12个测点,合计布置26个测 点。通过记录上述各测点位移变化情况,基本能够 反映样车车身弯曲和扭转工况下的变形状况。参 见图1 图1白车身安装在试验台上 Fig.1 The BIW installed on the test bench 1.2静刚度试验原理和结果 1.2.1扭转刚度 1)加载方案:试验之前需进行预加载,以消除 车身连接间隙及产生的内应力。扭转试验采用分 级加载进行,载荷按照等效前轴负荷换算成逐级 的加载力,其最大扭矩为 M=O.5FS=14 831 N・m (1) 式中: 前轴荷;. 前轮距。 车身旋转中心距加载点距离为0.915 m,换算 成加载力为1 654 kg。 将载荷分成7级,逐级加载,左右各进行三次 重复测量,按三次测点位移值取平均绘制扭转变 形曲线及计算车身扭转刚度。其中分级载荷为: 300、600、900、1 200、l 400、1500、1 654 kg。 2)扭转刚度计算公式 - M=上180(h (2)。丌、T  ̄ 式中: 一白车身整体扭转刚度; 白车身 前端所受扭矩; 所施加载荷;o一加载力到 转轴中心距离;L——左右测点的距离; ——左右 两测点的垂向位移绝对值之和: 自车身左 右安装点相对扭转角,(。)。 3)扭转工况数据结果 (1)左右纵梁变形曲线(见图2,图3) 40 3。+300左 : =~——一 一600左 十900左 1lr: 1654右2 ̄ 一) 一_璺 翻_1ⅡU 450 ̄5 —+一300 -20 - 吾 ■器3喜 一3。=== ::哿3喜 ::: 一1500右 +1654右 位置/cm 图2左侧扭转工况下左右纵梁变形曲线 Fig.2 The left and right longitudinal beam deformation curve under the left torque \ 吕 ~_\ \, 鲁 皿唧 一 ≤_一_ 蛰 ) 】皿:城t 二额 葫 4501_ 5 ;乡差 …一 位置/em 图3右侧扭转工况下左右纵梁变形曲线 Fig.3 The left and right longitudinal beam deformation curve under the right torque (2)以左右悬置点位移的最大值计算扭转刚 度,对左右扭转工况的结果取平均得该车身扭转 刚度 罐啦}}}赃摊毗 辫瓣 为4 142 N・m/。。} 躲 }{一 ■一 1.2.2弯曲刚度 1)加载方案:弯曲试验也需要进行预加载。并 进行分级加载,加载顺序为:发动机仓400 kg,驾 驶室400 kg,车架前排650 kg,车架中排650 kg, 车架后排650 kg,最后后排加500 kg达到满载3 250 kg(然后移动500 kg砝码在中排和前排位置. 再分别测量一次,以观察加载位置的变化对车身 变形的影响),正式测量重复进行两次,取两次测 量数据的平均值绘制弯曲变形曲线及计算车身弯 曲刚度。 2)弯曲刚度计算公式 =其中:K ——白车身弯曲刚度;孚 卜所施加垂 (3) 38 农业装备与车辆工程 向载荷;d一纵梁的最大变形量。 3)弯曲工况数据结果 (1)左右纵梁变形曲线(见图4,图5) 位置/era 图4弯曲加载左纵梁变形曲线 4 The left longitudinal beam deformation curve under the bending conditions … 一u— = ’ 一I 乍==.—’—r // / / 一r, .\ —: 位置/era 图5弯曲加载右纵梁变形曲线 Fig.5 The right longitudinal beam deformation cuwe under the bending cond ̄ions (2)根据左右纵梁的最大变形量计算弯曲刚 度并取平均值为 =6 130 N/arm。 2静强度试验 2.1 静强度测试系统及方法 2.1.1试验准备工作 该车的静强度试验和静刚度试验实际上是同 时进行的,做扭转和弯曲工况刚度试验时,同时也 采集了车身上所布置的各测点的应变的数据,因 此车身固定方案、加载装置、测试数据及数据采集 系统相同。 2.1.2应变片或应变花测点布置方案 贴片位置的选择应全面了解车身各处的应力 值分布以及尽可能地获得应力值最大位置,因此选 择贴片时,遵循以下原则:(1)结构分析可能应力较 大的点和结构薄弱的点;(2)车身或车架内力较大 的截面位置;另外还要考虑布点贴片的可能性。 根据车身结构和载荷的分布状况.在车身相 关位置布置有7个3向应变花(因为这些测点位 置应力方向不定),分布于左侧3处(驾驶员侧): 左轮包上、驾驶室后围板上下;右侧4处:右轮包 上、右侧轮包侧面、右悬置侧、靠近后围板驾驶室 地板。单向应变片测点24个,分别为左侧纵梁7 片,右侧纵梁13片,第四横梁2片,第三横梁1 片,驾驶室下横梁1片。温度补偿应变片则贴于尾 横梁不受载处,见图6。 图6弯曲加载状况 Fig.6 The bending load condition 2.2静强度试验原理和结果 2.2.1加载方案 静强度试验包括测试车身在扭转和弯曲工况 下的应力状况,其加载方案和刚度加载方案一致。 另外考虑实际车辆行驶工况.在弯曲满载工况下. 继续逐级施加扭矩。直至最大扭矩.实现弯扭组合 工况,弯扭工况测试2次。根据测试数据的平均 值,绘制梁截面应力曲线和计算车身最大应力嘲。 2.2.2试验数据结果 1)测点应力值获取:各单向应变片测点应力 值按o'=E8计算。s为各单向测点应变值,E为材 料的弹性模量, 为测点应力值;7个应变花测点, 按应变花计算公式,取测点2个方向的主应力 、 和最大剪应力值丁一。 2)整理后的数据分别是3种工况(扭转工况、 弯曲工况、弯扭组合工况)下各测点应力值。限于 篇幅,仅列出少部分数据,如表l~表2。 表1三种满载工况下各测点应力 ̄[/MPa Tab.1 The stress value of measunng points under the three kinds of full load condition 测点 萋 曩 嘉 测点 曩 1# 24.1 —33.O8—67.82 8# 一1O.7 50.5 65.55 2# 一0.6 一O.52 1.24 9# 一853 1.75 21.O3 3# 6.8 50.91 44.52 lO# 一26 —0.72 l5.05 4# 6.4 —48.13—51.12 l l样 一25.6 —8.25 l0.1 5# 21.6 —1O.31—34.42 l2# 35 —31.74—50-3 6# 一1O.1 18.24 24.74 13# 一l1.5—4_4.73—17.32 7# 13 4432 39.17 14# 一27.4 —27.72 17-32 第52卷第1期 王进等:某轻型载货车白车身刚度和强度试验分析 39 (续表) 测点 囊 曩 嘉 测点 器篓 翥曩 15# 一28.7 46.07 60.6 20# 36.1 39.58 17I32 1 4.9 47.1 42.26 21# 27.4 40.92 2O.41 17# 一18.6—4O.5l—l6.28 22# 一38-3 —17.62 14.64 18# -5.2 —16.7 l0.1 23# 一18-3—33.08 l2.37 19# 10-3 23.71 l7.52 24# 31.1 —3.81—26.39 表2三种满载工况下各测点应力 ̄IUMPa Tab.2 The stress value of measuring points under the three kinds of full load condition -,,*--400 ,--*--800 1450 ’ - 一捌 '-/t-'2100  ̄2750 ---_3250 位置/mm 图7弯曲逐级加载工况下右纵梁一截面应力 Fig.7 The stress of a right girder cross section under the bending Ioad conditions step by step 3)强度校核:根据各测点应力数值,最大值为 85.3 MPa,小于车身材料SAPH370的屈服极限值 225 MPa,静强度安全系数为 n:— :2.64 (4) ax 3试验结果分析 该试验样车白车身目前处于试制阶段.按照 车身正向开发流程。需要大量的性能数据支撑研 发。鉴于相关刚度和强度试验陛能数据众多,试验 数据量也较大,本文仅列出了部分测试结果。 3.1静刚度试验结果分析 1)该白车身的扭转和弯曲工况车身变形曲线 平滑、无突变,左右门槛梁和纵梁变形曲线对称性 好,试验数据重复性好,表明该车身结构设计合 理,试验方案合理,测量系统精确。 2)该货车白车静刚度值有别于一般轻型货车 单独的车架或者单独的驾驶室,其静刚度相比一 般轿车白车身的数值为小。但是该样车驾驶室与 车架一体式结构需要建立的评价指标,不能 套用一般货车车身或车架的评价标准。考虑到驾 驶室和车架连接部位有一定变形,而且驾驶室和 车架的变形有叠加.整体按前悬位置计算刚度的 方式使得样车扭转刚度偏小。与对标车型相比,该 白车身静刚度值相差不大。因此该白车身静刚度 值可以接受。 3)基于各工况下驾驶室门框及风窗和车身各 测点的变形值.判断驾驶室门开闭以及前风窗的 安装都符合设计要求,门窗变形数据还可以作为 以后该车的改进设计或试验的参考。 3.2静强度试验结果分析 1)白车身最大应力工况为扭转工况,在车架 第4横梁中部为85.3 MPa,相对于车身材料的屈 服极限应力值,安全系数为2.64;并且弯曲工况和 弯扭工况下,车身最大应力均在限值之内;故总体 来看,车身静强度有一定的余量,兼顾了动载荷和 货车行驶路况较差的状况[71。 2)从白车身各测点应力值数据结果看,各截 面应力符合变化规律,各测点应力值大小符合车 身结构和载荷分布情况,表明白车身应力测量方 案正确。测点布置合理。 3)车身各工况下应力较大的位置是左右轮 包、第4横梁、驾驶室下横梁位置,需要在后续的 试验以及改进设计中注意;但是由于布置测点数 (下转第58页) 58 农业装备与车辆工程 74. 超出他们的预期时,即产生顾客满意度。 H5+:汽车销售人员的适应性销售行为对顾 客满意度具有积极的显著影响 [4] RomOn S,Jacobucci D.Antecedents and consequences of adaptive selling confidence and behavior:a dyadic analysis of salespeople and their customers[J].Journal of the Aeadamic Market Science,2010,38:363—382. 在适应性销售过程中,顾客更倾向于相信汽 车销售人员注意到他们的需求.聆听他们的要求 [5]Park J E,Deitz G D.The effect of working relationship quail— ty on salesperson performance and job satisfaction:Adaptive selling behavior in Korean automobile sales representatives 并且帮助他们寻找合适的车型。最终顾客认为他 们观察到的服务质量有所提升。 H6+:汽车销售人员的适应性销售行为对观 察到的服务质量具有积极的显著影响 适应性销售行为要求汽车销售人员面对不同 的顾客需求定制化地改变产品介绍内容和销售战 略,这直接加强了汽车销售人员的销售行为绩效 。 因此假设: [J】.Journal of Business Reserach,2006,56:204—213. [6] Christopher R,Plouffe,Hulland J,et a1.Customer—directed selling behaviors and performance:a comparison of existing perspectives[J].Journal of the Acadamic Marketing Science, 2009,37:422—439. [7]Maroofi F,Sadeghi F,Mirzavandi G,et a1.Adaptive selling behavior in iran automohile sales representatives[J].Intena-r tional Journal ofAcademic Research,2011,3(2):225—230. [8]Ryan,Richard M,Edward L D.Self—determination theory and the facilitation of instrinsic motivation,socil develop—a H7+:汽车销售人员的适应性销售行为对行 为绩效具有积极的显著影响 参考文献 ment and well—being[J].American Psychologist,2000,1 (55):68-78. [9] Roman S,lacobucci D.Antecedents and consequences of adaptive selling confidence and behavior:a dyadic analysis of [1]spiro R S,Weitz B A.Adaptive selling:conceptualization, measurement and nomological validity[J]_Journal of Market— ing Research,1990,27(1):61-69. slaespeople and their customers[J].Academy of Marketing Science,2009,38:363-382. [2] Rapp A,Agnihotir R,Forbes L P.The sales force technolo— gY—performance chain:the role of adaptive selling and effort [10]Rentz J C,Shepherd D,Armen T A,et a1.A measure of selling skill:sclae development and validation[J].The Jour- nal of Personal Selling&Sales Management,2002,22:13-21. [J].Journal of Personal Selling&Sales Management,2008, 28(4):335-350. 作者简介 林琳(1988一),女,同济大学汽车学院工程硕士研究 生。研究方向:汽车营销与管理工程 持有法国国立高等工艺工程 学校工程师文凭.主要研究课题为际背景下汽车销售人员适 应性销售行为的管理模型。E—mail:linlin.sophia4@gmail.corn [3]Jraamillo F,Locander W B,Spector P E,et a1.Getting the job done:the moderating role of initiative on the relationship between intirnsic motivation and adaptive selling[J].Journla of Personal Selling&Sales Management,2007,27(1):59— (上接第39页) 量有限,有可能存在更大的应力位置,可以进一步 采用有限元分析方法.获得全面的白车身应力分 布,并与实际试验结果对照。 身数据、车架数据以及门窗等试验数据综合判断, 以评价该样车的性能特征。 参考文献 4 结束语 白车身静刚度和强度数据是车身开发过程中 非常重要的基础性能数据。通过静刚度和强度试 验,获得了车身的各部分的挠度、门窗框的变形和 【l】黄金陵.汽车车身设计[M].北京:机械工业出版社,2008. [2】 高云凯.汽车车身结构分析嗍.北京:北京理工大学出版社,2006. [3】靳晓雄,单莘,张强,等.轿车白车身静刚度试验中若干问题的 探讨『J].机械设计与研究;2009,25(4):92—95. 【4]夏国林矫车白车身静刚度分析们.汽车科技,2008,22(3):25-28. 车身应力值的分布。求得了扭转/弯曲刚度和静强 度安全系数等。试验数据显示,数据重复性、对称 性良好.试验方案正确。该试验方案可作为其他类 似车身试验方案的参考。通过试验获得了样车车 身的性能参数并藉此可以建立对标车型分析数 据,为后续车型开发奠定了基础。另外,该款驾驶 室与车架一体的混合承载式车身结构,需要从车 【5】卢利平,张雷,武照云.某轿车白车身强度分析[J].农业装备与 车辆工程.2010(7):53-56. 【6】邝坤阳.承载式车身强度试验分析研究lJ1.农业装备与车辆工 程,2011(5):10-1l,24. [7】 日本汽车协会.汽车强度【M1.北京:机械工业出版社,1987. 作者简介王进(1987一),男,安徽合肥人,硕士,主要研究方 向:车辆现代设计理论与方法。E—mail:wangjin@mail.hfut.edu.cn