蔡文松于洪德
天津中天高科防务技术有限公司天津301700
摘要：社会经济的快速发展，对特种车辆的应用带来了新的机遇与挑战，有必要对其车身结构拓扑优化设计展开深入研究与探讨，并采取最优化的实施措施，达到事半功倍的设计效果。本文介绍了车身结构力学控制理论，分析了特征车辆车身骨架结构设计等问题，望该课题的研究，对后续相关工作的实践能够起到借鉴与参考作用。
关键词：特种车辆；车身结构；拓扑优化；设计
1前言
在特种车辆应用中，其车身结构拓扑优化设计是一项综合性较强的系统性工作，如何取得最为理想的效果，保证顺利进行，备受业内人士关注。本文从实际出发，结合相关先进理念，对该课题进行了深入研究，阐述了个人的几点认识。
2概述
现阶段，人们对特征车辆运行安全性能越来越为重视，能源应用问题越来越为紧张，迫使特征车辆设计过程中不仅需要注重提升安全性，同时还需要更多的引入先进技术，使得特征车辆运行可以应用新能源，降低尾气排放总量。对特征车辆车身骨架结构进行优化和改良已经成为目前特征车辆生产企业重点研究内容，相关科研机构也在不断加强研究力度。特征车辆车身骨架结构设计是非常重要的，与特征车辆综合性能有着非常紧密联系。设计人员在特征车辆车身骨架结构设计中，需要严格遵循相应标准和规范，保证结构设计的严谨性和专业性。要注重创新思维发挥，不断引入先进技术，使得特征车辆设计领域可以不断发展，上升到一个新的高度。满足人们出行的多元化需求，对乘客生命财产安全给予最大限度的保障。
3车身结构力学控制理论分析
特征车辆车身结构可以细致的划分为集中类型，分别为半承载式、全承载式和非承载式。全承载式是特征车辆车身骨架结构设计的主流，也是其未来发展趋势。从力学层面进行分析，因为杆件抗轴向形变的能力较为良好，但是抵抗弯曲和扭转变形的能力非常弱，想要使得特征车辆车身具备良好的刚度性能，在半承载式与非承载式特征车辆车身骨架结构中需要加大众多杆件的横截面。对全承载式车身骨架结构进行分析，通过设计人员科学合理配置，特征车辆在道路行驶过程中所产生的弯曲和扭转应力会由杆件进行传递。所以这种结构设计应用过程中，设计人员出了需要考虑到车身刚度，同时还需要对众多杆件的刚度进行审核，也就是应用“强度理论”进行有效控制。
在力学当中，三角形是最具有稳定性。车身设计时应当尽量使用三角形的结构，侧围截取部分结构，如不添加斜撑的话，两者之间的承载能力差距十分大，仅仅只有1/8～1/6。如果使用增加截面尺寸的方法使二者的承载能力达到相同水准，质量甚至会达到三角结构质量的2～3倍。故而在满足强度等的要求下，使用三角结构可以大大达到轻量化。
4特征车辆车身骨架结构设计分析
4.1全身结构整体规划原则
特征车辆结构设计与轿车结构设计一样，设计人员都需要认真对待，设计成效与车辆综合性能有着较深影响，会影响车辆运行的安全性、舒适性以及车辆制造的经济性。现阶段，特征车辆生产企业通常都是将特征车辆结构设计分配给相关部件的工程师手上，特征车辆结构设计的整体性不能得到保证。想要对特征车辆车身骨架结构设计进行优化和改良，进一步提升特征车辆结构设计水平，需要加强特征车辆结构设计的整体性，对特征车辆结构设计进行集中、统一管理，这样才能保证特征车辆结构设计可以达到预期规划效果，结构设计可以满足力学要求。总而言之，设计人员要应用优化的结构方式取替加大结构规格的方式，提升材料应用效率，降低特征车辆车身重量。
4.2闭环结构应用分析
为了使得特征车辆车身整体刚度性能提升，特别是客舱结构的刚度，增强特征车辆运行的安全性。特征车辆断面需要设计成多个封闭性的刚性环形承载结构。刚性环形承载结构主要有两种类型。第一种就是结构会形成一个整体。第二种就是特征车辆侧窗玻璃与行李舱功能受限制时会性能一个变通式的闭环结构。设计人员对闭环结构的应用需要依据实际情况，但更多情况下需要选用第一种，因为可以保证特征车辆车身骨架结构设计的整体性，避免特征车辆使用功能受到限制，为人们提供较为的便利。
4.3侧围腰梁的选取
侧围是特征车辆车身骨架的主要承载结构之一，提高侧围的承载能力是优化车身结构的一个途径。经研究表明，适当的增加腰梁之间的间距可以在一定程度上增加厕位的承载能力。使用ANSYS分析，腰梁之间的距离从800mm增至1000mm时，侧围的承载能力提高了25%左右。在保证特征车辆结构功能的基本要求下，通过降低腰梁之间的距离，可以提高承载能力并减低质量。
4.4车身四个角点结构设计
车身的刚度是特征车辆安全性的主要标志，若是组焊的话，可能存在强度刚度不够的情况，因此上半部分可以使用一根型材构成，而下半部分则可以使用斜角加强结构。这种结构设计可以避免在发生翻车时，由于焊接强度的缘故使焊接部分断裂，车顶飞出，乘客受伤，提高了特征车辆的安全性。
4.5车顶结构设计
车顶骨架主要作用是承受行驶中产生的部分弯曲和扭转载荷，与其他结构相连接使车身构成一个封闭整体作用。适当的增加弧形杆件的尺寸，本次设计中将弧形杆的尺寸从50×40×3.0mm增加到60×50×3.0mm，提高了弧形桿件的抗弯、扭能力和其刚度强度，在此举的基础上可以略去多余的弧形杆件，这样既保证了车顶的刚度强度，同时减少了材料，实现了轻量化。
5先进结构优化技术的应用分析
5.1拓扑优化技术应用分析
对传统特征车辆车身结构设计进行分析，设计人员在设计中更多是采用沿袭的设计方式，没有注重自身创新理念发挥，更多的基于方便进行特征车辆车身结构设计，所以特征车辆车身结构设计显得过于笨重。先进优化技术的应用，可以对以往传统设计模式进行转变，在特征车辆车身结构概念设计阶段便可以对该问题进行解决，同时还会加强设计人员对后续设计工作的把握程度。在特征车辆概念设计阶段，设计日呢元可以应用拓扑优化技术。该技术可以为设计人员提供最佳的传力结构，在此基础上对众多参数进行优化，最终得到非常优越的特征车辆结构设计方案。
5.2有限元优化技术应用分析
有限元优化技术在特征车辆车身骨架结构优化设计中应用较为广泛，该技术应用可以保证车身骨架具备良好的强度性能，避免车身骨架结构过度疲劳受到损坏。车身骨架结构具备良好的刚度，可以为特征车辆装配提供便利，并且增强特征车辆的舒适性。有限元计算属于力学分析手段，在设计初期设计人员便可以掌握众多部位的实际应力情况。根据实际情况有针对性的对结构设计方案进行改良，从而提升特征车辆的综合性能。
6结束语
总之，在当前各种条件下，特种车辆车身结构拓扑优化设计工作实践中依旧存在着多方面的问题，我们应该从这些问题的实际情况出发，深刻分析其产生的多方面原因，统筹并进，多措并举，克服该项工作中的诸多难点问题，进而获得最为优化可行的实施策略与效果。
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