随着社会发展，国家对客车的被动安全性要求在逐年提高。GB7258-2012《机动车运行安全技术条件》GB13094-2007《客车结构安全要求》和GB17578-1998《客车上部结构强度的规定》的修订版提高了对整车结构强度的要求，尤其针对专用校车的安全性更是如此。汽车在高速行驶过程中撞击路沿、护栏或急速打方向盘都很容易出现翻车事故，而车辆腾空之后首撞击路而的是A柱上方。如果顶部抗压强度不够，会造成车顶塌陷挤压乘员舱，引起乘员伤亡。为了保证翻车事故中的乘员安全，对顶部安全强度的研究意义重大。本文结合GB24407-2012《专用校车安全技术条件》和G818986-2003《轻型客车结构安全要求》，对某专用校车进行顶部结构强度仿真CAE分析，检验其顶部在翻滚事故时对乘员的保护作用。
      在建立几何模型及有限元模型时，主要进行了以下简化措施：
      1)略去车身骨架蒙皮；略去一些非承载件，如挡风窗玻璃、车门、座椅等，但仍保留这些结构件的重力作用。
      2)模型中不考虑发动机组、燃油箱、空调机组等，只简化为集中载荷添加到模型中对应位置。
      3)对车顶及侧围部分的一些曲率较小的构件近似看作直梁来处理。
      4)整个客车骨架结构存在大量的纵横梁交叉连接处，对于这些接头位置的焊接连接，采用合并节点的形式进行模拟。
      5)不考虑焊接处材料特性的变化，认为焊缝处材料属性与母材属性相同。运用三维建模软件UG建立起该校车车身结构各部分骨架的几何模型，最终装配成整车模型。在Abaqus中对已建立好的几何模型进行网格划分，得到校车有限元模型如图所示。本文车身骨架材料采用Q235，底盘纵横梁材料采用DL510，其参数如表所示。
      根据国标中对实验条件的规定，顶部静压虚拟实验的约束不允许增加车身结构的刚度。因此，可参照计算结构弯曲刚度的方法，选用以下几种支撑方式：支撑车身的前后两端；支撑前轴中心和后轴中心；用与悬架方式相同的方法支撑。
      本文计算选择的是第二种方式，在左右车架纵梁后轴中心处分别约束平动自由度UX，UY，UZ，在左右车架纵梁前轴中心处相应约束平动自由度UY，UZ与UZ。
      车顶加载质量为该专用校车整备质量的1.5倍，即为7000kg。经测量车顶轮廓宽2056mm、长4710mm，车顶面积9683760mm2，施加于顶部单位面积上的力为产7000x9.8为683760=7.24MPa，结合规范对校车顶部结构强度有以下要求：试验中和试验后，每一坐垫上方应有不小于900m的净高度，最大变形率不能大于3%，并各工况下最大应力应小于材料许用强度。
      该校车顶部强度工况计算结果见图。顶部工况最大应力为110MPa，小于材料许用强度235Mpa。
      按照试验规范中规定，在客车有限元模型纵向对称而上，沿车长方向每隔约1处，选取车顶及地板上相应的节点为高度位置上的测量点。在车内两侧壁上，车长方向每隔约1处，选取地板至车顶4石处车身左右侧围上的节点为宽度位置上的测量点(坐标系以整车纵向为X轴，沿车宽方向为Y轴，沿车高方向为Z轴)。以此来计算车身内高与内宽加载前后变形量的绝对值。车身内高与内宽变形量的计算示意图如图所示。
      设Zi，Zz分别为加载前后地板、顶盖上相应测量节点之间Z方向的距离，内高变形量的绝对值可通过下式计算。
      车厢高度1910mm，车座后背高度750mm，座椅到车顶高度为1160mm，而内高最大变形量为45.3mm。在模拟的试验工况下，车顶结构变形后，座椅到车顶高度为1114.7mm，大于900mm，综上分析，上部结构强度满足要求。
      本文通过对校车上部强度进行有限元分析计算，得到以下结论：
      顶部工况最大应力为110MPa，小于许用强度235Mpa。
      顶部工况内高最大变形率2.36%、内宽最大变形率1.25%，均小于3%。试验过程中，坐垫上方净高度大于900mm上部结构强度满足要求。

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