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客車車身骨架是汽車所有總成的載體，骨架受力復(fù)雜，幾乎承受著客車的所有動靜態(tài)載荷，骨架結(jié)構(gòu)的好壞及載荷分配是否合理是汽車設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵之一。由于骨架結(jié)構(gòu)和受力的復(fù)雜性，以往僅采用簡化的力學(xué)模型對骨架進(jìn)行靜態(tài)強(qiáng)度分析校核，分別采用彎曲和扭曲工況進(jìn)行分析車身各零部件能否滿足各種惡劣工況的使用要求，從而找到車身薄弱環(huán)節(jié)為車身設(shè)計(jì)提供依據(jù)。但以上分析中建立的模型所采用的單元比較單一，不能完全反應(yīng)車身骨架的實(shí)際情況。與全承載式結(jié)構(gòu)相比，半承載式骨架結(jié)構(gòu)由于采用了大量的沖壓板結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜。建立車身有限元分析模型時應(yīng)如實(shí)反映車身實(shí)際結(jié)構(gòu)的重要力學(xué)特性，保證較高的計(jì)算精度。有限元分析計(jì)算結(jié)果可信度的高低，直接受分析模型、載荷處理、約束條件和實(shí)際工程結(jié)構(gòu)力學(xué)特性符合程度的影響，若有失誤則會造成很大誤差，嚴(yán)重時將使計(jì)算、分析失敗。
客車車身上的一些非承載部件對骨架結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力分布影響很小，而對問題的求解規(guī)模和準(zhǔn)確性有著很大的影響。因此需要對模型進(jìn)行如下簡化：(1)省略非承載件，對于某些方便使用和輔助承載而設(shè)置的構(gòu)件(如扶手、制動踏板支架、儀表盤、支座、裙部等)，由于其對整車的變形和應(yīng)力分布影響較小，可忽略，(2)主從節(jié)點(diǎn)原則：出于對結(jié)構(gòu)模型病態(tài)問題的考慮，對于位置較近的構(gòu)件結(jié)合點(diǎn)則采用適當(dāng)合并或生從節(jié)點(diǎn)的方式處理，避免實(shí)際計(jì)算中可能會導(dǎo)致的方程病態(tài)，(3)蒙皮處理：蒙皮對骨架剛度加強(qiáng)作用甚微，本研究忽略應(yīng)力蒙皮的加強(qiáng)作用，(4)曲桿簡化為直桿：如可把頂蓋橫梁、前風(fēng)窗下橫梁等曲桿可簡化成若干直桿。將車身結(jié)構(gòu)劃分為外圍(前后圍、左右側(cè)圍、頂蓋)、地板(司機(jī)地板、前中后地板)及底架(底架前段、底架中段、底架后段)3大總成。各零部件之間的連接裝配主要以點(diǎn)焊方式完成，外圍和底架則是采用特殊鍥型鋼板結(jié)構(gòu)和螺釘方式連接的。
考慮到車身骨架的實(shí)際結(jié)構(gòu)及受力情況，桿件結(jié)構(gòu)采用每個節(jié)點(diǎn)具有六個自由度的三維線性有限應(yīng)變梁單元BEAMl88，沖壓板件采用4節(jié)點(diǎn)的SHELL63殼單元，模擬螺釘?shù)亩塘⒅捎肧OLID45單元。板梁組合結(jié)構(gòu)的處理按照相鄰線共點(diǎn)，相鄰面共線的要求，在板梁結(jié)合處，取梁中線和板中面的接觸點(diǎn)強(qiáng)制生成一個關(guān)鍵點(diǎn)。這樣骨架有限元模型在受力的時候會通過相關(guān)的點(diǎn)、線、面?zhèn)鬟f各種載荷。板單元的劃分需要指定一定的厚度。在建立幾何模型時在變厚度的地方做了割斷畫線處理，強(qiáng)制在變厚度的地方生成單獨(dú)的點(diǎn)和線，再生成線共點(diǎn)，面共線的面，最后用Shell63單元對加強(qiáng)板處做變厚度處理以模擬該處的實(shí)際厚度。這樣模擬的加強(qiáng)板厚度與實(shí)際的情況基本吻合。加強(qiáng)板的有限元模擬見圖用短立柱來模擬螺釘，用變截面梁來模擬鍥型鋼板結(jié)構(gòu)，相關(guān)實(shí)物結(jié)構(gòu)及建立的有限元模型見圖，網(wǎng)格劃分的質(zhì)量和優(yōu)劣將對計(jì)算成本和精度結(jié)果有相當(dāng)大的影響。為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，在盡可能如實(shí)反映結(jié)構(gòu)主要力學(xué)特性的前提下，將車身總成及懸掛系統(tǒng)離散化為21246個薄殼單元、8個彈簧單元、7個質(zhì)量單元、620個剛性梁單元。單元總數(shù)為21881個，共劃分節(jié)點(diǎn)數(shù)為22285個。
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