[发明专利]城轨车辆车身复合材料粘接强度分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种粘接强度分析方法，具体涉及一种城轨车辆车身复合材料粘接强度分析方法。

背景技术

城轨车辆的车身一般由车体骨架和蒙皮组成，为了实现轻量化，采用轻质复合材料作为蒙皮已经成为未来发展的趋势。焊接等传统连接技术无法满足复合材料蒙皮与车体骨架的连接要求，胶接成为一种具有良好应用前景的新型连接工艺。为了确保蒙皮的粘接强度，在设计阶段需要对蒙皮进行相应的强度分析。

传统的蒙皮粘接强度分析方法通常是建立车体骨架、胶粘剂和蒙皮的整体有限元模型进行分析；由于蒙皮面积较大，而胶层厚度很小，要满足胶层的单元质量，会导致整体有限元模型单元的数量巨大，该分析方式对计算机的硬件及计算能力的要求较高，除了小部分超大型高性能计算机之外，大部分计算机都无法完成其计算分析。

发明内容

本发明提供一种城轨车辆车身复合材料粘接强度分析方法，该分析方法大大降低了计算规模和计算成本，大幅度提高了计算效率，计算结果偏于安全，完全能够满足工程设计要求。

本发明提供一种城轨车辆车身复合材料粘接强度分析方法，包括如下步骤：

步骤一：建立包括车体骨架、胶粘剂和蒙皮的整体有限元模型；

步骤二：建立与所述整体有限元模型相对应的车体骨架有限元模型和多个包括局部蒙皮和胶粘剂的局部有限元模型，多个局部有限元模型的局部蒙皮构成步骤一所述蒙皮；

步骤三：对所述车体骨架有限元模型进行强度分析，获得所述车体骨架有限元模型中多个节点O’的位移，其中多个节点O’对应于所述整体有限元模型的胶粘点；

步骤四：将所述车体骨架有限元模型中多个节点O’的位移分别加载至多个所述局部有限元模型对应的多个节点O上进行强度分析。

本发明的城轨车辆车身复合材料粘接强度分析方法，将整体分析与局部分析相结合，鉴于蒙皮对车体骨架强度的贡献较小，在车体骨架强度分析时忽略蒙皮对车体骨架的影响，使胶粘剂的应力和变形略微偏大，分析结果略偏于安全，完全可以满足工程要求；特别是，上述城轨车辆车身复合材料粘接强度分析方法降低了有限元模型的计算规模，提高了计算效率，降低了计算成本，对计算机的硬件及计算能力的要求相对较低。

在本发明中，所述车体骨架有限元模型中的多个节点O’可以设置为车体骨架与蒙皮之间的胶粘点；所述局部有限元模型中的多个节点O可以为蒙皮与车体骨架之间的胶粘点，每一节点O与每一节点O’对应设置。可以理解的是，在将车体骨架有限元模型中的多个节点O’与多个局部有限元模型中的多个节点O一一对应且相互胶粘时，即构成所述整体有限元模型。

本发明对所述整体有限元模型的建立方式不作严格限制，可以采用本领域的常规方式建立。例如，可以通过胶粘剂将蒙皮胶接在车体骨架上，从而建立所述整体有限元模型；其中，胶粘剂的胶粘位置构成所述整体有限元模型的胶粘点(即节点)。

进一步地，在本发明的具体方案中，所述整体有限元模型的建立方法可以包括：

在车体骨架上设置与所述车体骨架有限元模型中多个节点O’相对应的多个第一节点，在蒙皮上设置与多个所述局部有限元模型中多个节点O相对应的多个第二节点，通过胶粘剂将每一第一节点与每一第二节点胶粘，使蒙皮胶接在车体骨架上。

在本发明中，可以理解的是，局部蒙皮是由车身蒙皮分块设置而成；对蒙皮的分块设置方式不作严格限制，例如可以根据车体骨架的具体结构对蒙皮进行分块，只要多个局部蒙皮能够构成整体车身蒙皮即可。在将蒙皮分块为N块时，即具有N个局部蒙皮，该N个局部蒙皮构成整体蒙皮；相应地，建立N个局部有限元模型，即第一至第N个局部有限元模型。

在本发明中，可以采用本领域常规方式对所述车体骨架有限元模型进行强度分析；其中，所述位移可以包括平动位移D和转动位移R，从而能够更好地反映车体骨架的变形。

此外，对多个节点O在所述局部有限元模型上的设置位置不作严格限制，只要便于车体骨架与蒙皮形成良好的胶接连接即可，多个节点O例如可以位于所述局部有限元模型的边界上。可以理解的是，步骤三应当获得所述车体骨架有限元模型中所有节点O’的位移。

在本发明中，可以采用本领域常规方式对多个所述局部有限元模型的多个节点O进行强度分析；该强度分析可以获得胶粘剂的应力和变形，从而便于较好地反映蒙皮的粘接强度。