工程车辆驾驶室落物保护结构优化与试验研究
                                刘涛1，陈靖芯1，张俊训1，郑再象1，戚雪东2
                                   (1.扬州大学机械工程学院，江苏 扬州  225127）
                                （2.江苏奔宇车身制造有限公司，江苏 扬州  225212)
    工程车辆驾驶室落物保护结构包括顶保护结构和前保护结构两大部分。针对工程车辆驾驶室落物保护结构的特点，运用非线性有限元软件(LS-DYNA)模拟了落锤冲击顶保护结构的过程，研究了顶保护结构在落锤冲击下的破坏情况，得出了现有的顶保护结构整体刚度偏小的结论。对其抗冲击性能不满足标准要求的原因进行了分析研究，对影响顶保护结构整体刚度的主要因素进行了正交优化，使得数值模拟得到的抗冲击性能达到了国标要求。在此基础上，对前保护结构进行了力学性能分析，并进行了试验研究，通过对比有限元分析结果与试验结果，验证了二者的一致性。


    落物保护结构（falling-object protective structure, FOPS）是在工程车辆上安装的一组结构件，当有物体坠落时，对驾驶员提供适当保护。工程车辆在地下、建筑工地、矿山等场合作业时，岩石、砖块、混凝土块等物坠落和崩溅事
故时有发生［1］，因而安装合格的落物保护结构可以极大提高工程车辆的安全性能，降低事故发生率，对保护国家财产和驾驶员的生命安全有重要意义［2］。

1落物保护结构几何模型的建立及网格划分根据相关参数建立工程车辆驾驶室落物保护结构几何模型，对模型进行简化时去除对计算结果没有重大影响的结构部分，只留下承载结构件［3］，简化后的驾驶室落物保护结构几何模型如图1所示。对落锤、载荷锤、前保护结构的横筋杆、支座及驾驶室底架采用实体单元划分，点焊用spot-weld单元模拟，其他构件均采用壳单元模拟。本文所研究的驾驶室左右前立柱、后围上矩形管、左右后立柱、车门立柱等构件的材质为Q345B，其他构件的材质为Q235B，将底架、载荷锤、落锤定义为刚体。为了使模拟结果更加可信，首先对相关材料进行了
拉伸试验（如图2所示），得到了材料的工程应力-应变曲线，通过相应公式转换，得到材料的真实应力-应变曲线。

1—顶保护结构;2—挠曲极限;3—底架;4—前保护结构
图1〓简化后的驾驶室落物保护结构几何模型

图2〓材料拉伸试验


基金项目：国家科技部火炬计划资助项目（2012GH530716)

作者简介：刘涛（1987—），男，湖北崇阳人，扬州大学硕士研究生，主要研究方向为车辆及零部件的数字化设计与制造、车辆工程。



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