道路交通事故中，车辆翻滚事故的死亡率较高。在美国，约40%的致命交通事故与车辆侧滚翻有关。滚翻时，车辆顶部承受地而的强烈冲击载荷作用，使客车顶部发生严重变形和压溃，侵入乘员生存空间，对乘员的生命安全造成严重威胁团。研究表明，车顶强度不足是导致乘员受伤的直接原因。目前，国内外针对大客车、轿车进行了较全面的CAE分析研究，并取得了一定成果。2012年5月1日，两项国家标准强制性实施，国内根据此标准针对中型校车顶部强度安全的研究尚未见到报道。
      本文以某中型校车为研究对象，参照标准，利用有限元分析法分析车顶结构的变形、接触力的变化，得到车顶载荷的主要承载结构，并对关键的结构进行改进，为校车顶部改进设计提供参考。
      整车CAD模型是由大量的复杂曲而组成，结合有限元分析计算的需求，需对整车几何模型进行合理的简化，具体包括非承载部件；较小倒圆、倒棱、圆角等工艺结构；各处的螺栓及螺栓孔；车身中非重要结构，如转向系统、动力系统、玻璃和各种内饰件等。
      这样可省去大量的建模时间，而且在对模型后续处理中会更加高效与方便，使得求解的时间锐减，并且不会影响计算结果的精度。
      车辆滚翻是一个复杂过程，是大转动、大应变、大位秘的几何非线性特征过程，以材料弹塑性变形为特征的材料线性过程，以接触摩擦为特征的边界非线性特征过程，所以模型变形构件采用各向同性的弹塑性材料MAT 3f模型。通过在RADIOSSS求解器中的材料属性卡对模理中的钢材、合金钢和非金属材料进行设置，各材料属性如表所示。
      整车结构中包含了如发动机、油箱、蓄电池等大质量密度的非结构部件，由于在车翻滚中变形很小，所以设定为刚性体。整车模型由几大部件组装而成，其中可变形部件之间采用点焊连接，Constained Rigid Body选项用来定义刚性件与可变形件之间的连接，Rigid Body选项用来定义刚性件之间的连接。整车模型各组件如图所示。
      结合轻型客车顶部碰撞的特点，将整车网格密度分为上、中和下三个不同区域：上部碰撞区域，网格密度高，网格长为10mm；中部次变形区域，网格密度较高，网格边长为15mm；下部非碰撞区，网格边长为20mm。整车网格模型共包含422 972个壳单元。这样，既保证了计算精度，又降低了计算机仿真时间。最终生成的整车模型如图所示。
      车身顶部承压能力与车辆在发生滚翻时顶部结构的变形密切相关。在试验中，车身置于地而上，为消除悬架及轮胎等结构变形对实验结果的影响，将车架牢固固定在刚性面上。在顶部结构上的压力板在垂直方向缓慢地匀速向下移动对车顶施加载荷，如图所示。当载荷达到整车装备质量的1.5倍时，并保持不少于5s直至变形稳定时试验。
      在仿真中车身结构整体保证完整，车顶变形成规律分布，首先从最高处开始变形，使得顶部横梁与侧窗立柱发生压缩变形，随后横梁发生弯曲变形，直至变形趋于稳定，压力板与顶部完全接触，如图所示。
      压力板与车身顶部的接触力如图所示。当仿真进行到122ms时车身结构承受的载荷为41 895 N，是文献中要求的1.5倍整车装备质量载荷，此时顶部最大变形为65.2 mm，并且在151ms时达到111 569 N，符合标准中关于承载能力的要求。

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