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摘要：本文提出了一种桁架承载式复合材料薄刚壳多级防护的结构。该越野汽车车体以高机动性战术车辆底盘为基础，改装防护型车身，满足主要作战性能指标，具有较强的碰撞和滚翻防护能力。
关键词：越野汽车；防护；承载式车身；结构
1、越野汽车防护承载式车身的结构分析
车身钣金件采用高强度685A钢板，桁架材料为Advans800AS，车窗采用玻璃，用于相关结构分析的材料性能参数见表1。
对车体进行了如下有限元分析：对比无桁架车体结构和带桁架车体结构的模态频率、弯曲刚度和扭转刚度，分析桁架对车体结构模态频率和刚度的影响；在带桁架车体结构上安装武器座圈及射手护盾后，计算输出结构的模态频率、弯曲刚度和扭转刚度，分析武器座圈及射手护盾对车体结构模态频率和刚度的影响；对车体结构指定工况下的强度进行校核，检验其是否满足材料强度要求，分析车体在静载、上跳、制动和转向工况下的强度。
1.1扭转刚度
建立辅助单元框，将其与车体左右后弹簧安装点相连，并在相应位置约束12356自由度，约束车体左前弹簧安装点123自由度，约束车体右前弹簧安装点23自由度。在辅助单元框左上角施加2000N的垂向力，方向向下，则通过辅助单元框传递到弹簧安装点上的力可形成2000N·m的扭矩。
不同的工况有不同的载荷及边界条件，具体的载荷及边界条件将在各分析工况中说明。原设计方案是指原始的桁架结构，不带射击窗和中通道立柱；设计方案1是指无桁架，带射击窗，不带中通道立柱；设计方案2是指带桁架不带射击窗，带中通道立柱。CAE方案1是对设计方案1射周窗周围结构进行改进，CAE方案是对设计方案2桁架厚度进行改进，CAE分析方案3是在CAE方案2的基础上，各结构件的厚度增加2mm。经过分析计算，设计方案1，2及CAE方案1～3的车身扭转刚度见表2。
1.2彎曲刚度
约束车体左前弹簧安装点3自由度、右前弹簧安装点23自由度、左后弹簧安装点3自由度、右后弹簧安装点123自由度。取地板上左右纵梁附近100mm长度内2排节点，生成RBE2单元，RBE2单元中心位于4个弹簧安装点形成的四边形的中心处，在RBE2单元中心处施加3000N的载荷，方向垂直向下。经过分析计算，设计方案1，2及CAE方案1～3对应的车身弯曲刚度见表2。
1.3不同工况下的强度
在强度分析中，车体模型在刚度分析数模安装武器座圈及射手护盾的基础上，需安装6个车门（侧围4个，后围2个）及门窗玻璃，并在模型上匹配了发动机、变速箱、分动器、减速器、乘员、机枪及弹药的质量。将车体的上、下三角臂安装点及弹簧安装点用RBE2单元相连，RBE2单元的中心为4个车轮的轮心点。在RBE2单元的中心施加约束。对车体施加加速度场的载荷条件。各个工况的具体约束和载荷条件见表3，其中g为重力加速度。
经过几轮不同工况分析，最优的方案与原设计方案对比，质量降低162kg，弯曲刚度相对下降较大。经分析，若将桁架结构的厚度增加为2mm（CAE方案3），质量仅增加16kg，则可使车身弯曲刚度提升10%左右。通过方案改进，使得整车质量降低，车体弯扭刚度提高，同时提高了车身的承载能力和寿命，满足了车身设计目标。
2、试验结论分析
在某试验室进行了该车的弯曲刚度、扭转刚度和强度的试验验证。试验过程中，将整车放置在可倾斜的试验台架上，根据设定的工况，展开试验。通过分析试验台的相对扭转角可以较好地验证仿真和设计的合理性。在试车场的道路试验中，车体没有出现强度和疲劳寿命问题。在结构分析中，新方案的车身结构减小了质量，但仍然满足车身的承载能力和车辆的主要性能指标。经实车测试和各工况的试验结果对比，证实了该车身结构的合理性和先进性。
对该越野汽车车体的设计进行了全程的分析计算，累计为12个分析阶段，每一阶段的设计和分析都是对上一轮设计和分析的经验的总结，很好地完成了该越野汽车的车体开发工作，同时为今后各平台军车的开发积累了有效的分析经验和数据。该车体结构设计技术填补了我国轻装甲技术的空白，车辆总质量比国外同类型车辆轻25%，成本明显降低，耐久性和可靠性都得到提高，实现了整车主要性能的超越。
参考文献：
[1]某型越野汽车尾梁结构失效分析及改进[J].叶智博，莫飞，钟瑞.汽车实用技术.2017（04）.
[2]轻型高机动越野汽车转向力矩研究[J].史建鹏，吕振华，徐满年.汽车工程.2007（01）.
（作者单位：大连辽机路航特种车制造有限公司）
关键词：越野汽车；防护；承载式车身；结构
1、越野汽车防护承载式车身的结构分析
车身钣金件采用高强度685A钢板，桁架材料为Advans800AS，车窗采用玻璃，用于相关结构分析的材料性能参数见表1。
对车体进行了如下有限元分析：对比无桁架车体结构和带桁架车体结构的模态频率、弯曲刚度和扭转刚度，分析桁架对车体结构模态频率和刚度的影响；在带桁架车体结构上安装武器座圈及射手护盾后，计算输出结构的模态频率、弯曲刚度和扭转刚度，分析武器座圈及射手护盾对车体结构模态频率和刚度的影响；对车体结构指定工况下的强度进行校核，检验其是否满足材料强度要求，分析车体在静载、上跳、制动和转向工况下的强度。
1.1扭转刚度
建立辅助单元框，将其与车体左右后弹簧安装点相连，并在相应位置约束12356自由度，约束车体左前弹簧安装点123自由度，约束车体右前弹簧安装点23自由度。在辅助单元框左上角施加2000N的垂向力，方向向下，则通过辅助单元框传递到弹簧安装点上的力可形成2000N·m的扭矩。
不同的工况有不同的载荷及边界条件，具体的载荷及边界条件将在各分析工况中说明。原设计方案是指原始的桁架结构，不带射击窗和中通道立柱；设计方案1是指无桁架，带射击窗，不带中通道立柱；设计方案2是指带桁架不带射击窗，带中通道立柱。CAE方案1是对设计方案1射周窗周围结构进行改进，CAE方案是对设计方案2桁架厚度进行改进，CAE分析方案3是在CAE方案2的基础上，各结构件的厚度增加2mm。经过分析计算，设计方案1，2及CAE方案1～3的车身扭转刚度见表2。
1.2彎曲刚度
约束车体左前弹簧安装点3自由度、右前弹簧安装点23自由度、左后弹簧安装点3自由度、右后弹簧安装点123自由度。取地板上左右纵梁附近100mm长度内2排节点，生成RBE2单元，RBE2单元中心位于4个弹簧安装点形成的四边形的中心处，在RBE2单元中心处施加3000N的载荷，方向垂直向下。经过分析计算，设计方案1，2及CAE方案1～3对应的车身弯曲刚度见表2。
1.3不同工况下的强度
在强度分析中，车体模型在刚度分析数模安装武器座圈及射手护盾的基础上，需安装6个车门（侧围4个，后围2个）及门窗玻璃，并在模型上匹配了发动机、变速箱、分动器、减速器、乘员、机枪及弹药的质量。将车体的上、下三角臂安装点及弹簧安装点用RBE2单元相连，RBE2单元的中心为4个车轮的轮心点。在RBE2单元的中心施加约束。对车体施加加速度场的载荷条件。各个工况的具体约束和载荷条件见表3，其中g为重力加速度。
经过几轮不同工况分析，最优的方案与原设计方案对比，质量降低162kg，弯曲刚度相对下降较大。经分析，若将桁架结构的厚度增加为2mm（CAE方案3），质量仅增加16kg，则可使车身弯曲刚度提升10%左右。通过方案改进，使得整车质量降低，车体弯扭刚度提高，同时提高了车身的承载能力和寿命，满足了车身设计目标。
2、试验结论分析
在某试验室进行了该车的弯曲刚度、扭转刚度和强度的试验验证。试验过程中，将整车放置在可倾斜的试验台架上，根据设定的工况，展开试验。通过分析试验台的相对扭转角可以较好地验证仿真和设计的合理性。在试车场的道路试验中，车体没有出现强度和疲劳寿命问题。在结构分析中，新方案的车身结构减小了质量，但仍然满足车身的承载能力和车辆的主要性能指标。经实车测试和各工况的试验结果对比，证实了该车身结构的合理性和先进性。
对该越野汽车车体的设计进行了全程的分析计算，累计为12个分析阶段，每一阶段的设计和分析都是对上一轮设计和分析的经验的总结，很好地完成了该越野汽车的车体开发工作，同时为今后各平台军车的开发积累了有效的分析经验和数据。该车体结构设计技术填补了我国轻装甲技术的空白，车辆总质量比国外同类型车辆轻25%，成本明显降低，耐久性和可靠性都得到提高，实现了整车主要性能的超越。
参考文献：
[1]某型越野汽车尾梁结构失效分析及改进[J].叶智博，莫飞，钟瑞.汽车实用技术.2017（04）.
[2]轻型高机动越野汽车转向力矩研究[J].史建鹏，吕振华，徐满年.汽车工程.2007（01）.
（作者单位：大连辽机路航特种车制造有限公司）