本發(fā)明涉及一種客車車身結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種仿生加勒比僧海豹的具有低阻力特性的客車骨架及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

客車作為交通運(yùn)輸?shù)囊淮笾黧w，具有機(jī)動(dòng)靈活，載客量多的特點(diǎn)。隨著城市人口的與日俱增，人們的出行要求和頻率也大大增加，日益緊張的交通現(xiàn)狀對(duì)客車質(zhì)量提出了更加嚴(yán)苛的要求。

目前的客車大多采用方正的箱型結(jié)構(gòu)，風(fēng)阻系數(shù)較大，不利于燃油消耗和節(jié)能減排。

仿生方法通過了解生物的結(jié)構(gòu)和功能原理，研制新的機(jī)械和新技術(shù)，或解決機(jī)械技術(shù)的難題。目前，仿生技術(shù)在高速列車以及概念汽車的應(yīng)用較多，但在客車特別是在客車整車外形和結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用較少。

加勒比僧海豹是海豹科、僧海豹屬的一種海洋哺乳動(dòng)物。在自然環(huán)境中，加勒比僧海豹的體長(zhǎng)可超過2米，體重可達(dá)200公斤，對(duì)比12米客車的重量，兩者具有較好的相似性。

在水下時(shí)，加勒比僧海豹渾圓、流線型的身體，在水中產(chǎn)生很小的阻力，能夠靈活地游動(dòng)，躲避掠食者。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在這些背景下，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于仿生仿加勒比僧海豹的具有低阻力特性客車骨架結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，使客車具有優(yōu)良的低風(fēng)阻空氣動(dòng)力學(xué)特性，同時(shí)，客車車體結(jié)構(gòu)基于仿生外形確定，具有很好的類生物結(jié)構(gòu)力學(xué)特征。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案結(jié)合附圖說明如下：

一種仿加勒比僧海豹外形的低風(fēng)阻客車骨架結(jié)構(gòu)，主要由駕駛艙、乘員艙、客車車身和車門組成，所述駕駛艙骨架由曲梁通過焊接連接，駕駛艙前部有類似海豹前顎的凸出結(jié)構(gòu)，用于安裝發(fā)動(dòng)機(jī)；所述的乘員艙由縱梁、橫截面環(huán)形梁和地板構(gòu)成；所述客車車身的橫截面的形狀由其橫截面的寬度w和高度h形成的拋物線所構(gòu)建，表達(dá)式為y1＝40h/(81w^2)-1h/2,y2＝95/(16h^2)；所述的車門布置在駕駛艙，逃生門布置在車體尾部，貨艙布置在地板以下，中間由隔板分成前部貨艙，中部貨艙和尾部貨艙。

所述駕駛艙由兩根前風(fēng)窗橫梁、三根向前凸出的曲梁、底部大梁以及連接梁組成，所述車門位于駕駛艙右部，并設(shè)置有兩級(jí)踏步，發(fā)動(dòng)機(jī)布置于駕駛艙前部的凸出位置，安裝在駕駛艙底部的大梁上；

所述乘員艙有7根環(huán)形梁，環(huán)形梁與車身側(cè)面的腰梁共同構(gòu)成圓滑的側(cè)圍，同時(shí)，環(huán)形梁與左、右兩側(cè)風(fēng)窗上縱梁間的上部區(qū)域作為車頂區(qū)域，車頂成弧形，向上凸出；環(huán)形梁與車身底部的縱梁構(gòu)成底架結(jié)構(gòu)。

所述底架采用斜撐，特別是在前后懸的位置采用斜撐，以增加結(jié)構(gòu)的剛度。

所述橫截面環(huán)形梁由兩條開口方向相互垂直的拋物線構(gòu)成，拋物線公式為y1＝40h/(81w^2)-1h/2,y2＝95/(16h^2)，w為橫截面的寬度，h為高度；考慮每一個(gè)環(huán)形梁所處位置的受力情況不同，其加強(qiáng)的形式會(huì)有所不同，環(huán)形梁中垂向布置的桿件主要承受垂向載荷，斜向布置的桿件主要用來分擔(dān)垂向和橫向的載荷，并加強(qiáng)局部結(jié)構(gòu)的剛度。

所述乘員艙地板中間有兩根矩形的大梁，9根橫梁，上面鋪設(shè)地板，其中7根橫梁的位置對(duì)應(yīng)環(huán)形梁的位置，另外2根橫梁對(duì)應(yīng)后懸處的兩根板環(huán)形梁，縱梁與橫梁起主要的支撐作用；

所述乘員艙地板平面布置于車體垂向中線以下，以保證乘員艙內(nèi)乘客具有舒適的乘坐空間并能夠在乘員艙通道內(nèi)站立行走，地板安裝于大梁上，以保證支承的剛度；所述的側(cè)窗下縱梁、側(cè)窗上縱梁由曲形梁焊接而成，并與駕駛艙骨架相連接；依照地板的位置及50百分位人體身高及人機(jī)工程學(xué)比例，確定側(cè)窗下縱梁、側(cè)窗上縱梁的位置，側(cè)窗上、下縱梁應(yīng)與側(cè)面輪廓一致；

前、后懸位置，均有斜撐增加局部的剛度，使傳力結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。另外前懸有兩個(gè)垂直布置的桿件，后懸左右兩側(cè)別用兩根斜向支承承受并傳遞該位置可能出現(xiàn)的載荷。

一種仿加勒比僧海豹外形的低風(fēng)阻客車骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，仿加勒比僧海豹的頭部和身體分別外形設(shè)計(jì)客車的駕駛艙外形和乘員艙外形，并依照外形設(shè)計(jì)與之貼合的骨架，依照客車總布置設(shè)計(jì)客車地板，進(jìn)而構(gòu)成客車的上、下車身結(jié)構(gòu)；結(jié)合客車功能及總布置要求，設(shè)計(jì)其他骨架梁結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獲得仿加勒比僧海豹外形的客車骨架，主要設(shè)計(jì)步驟包括：

(1)選取海豹身體的側(cè)面輪廓圖，海豹身體的長(zhǎng)度為l，分別在距離頭部3l/14，5.5l/14，7l/14,10l/14長(zhǎng)度的位置確定四個(gè)參考線ⅰ，ⅱ，ⅲ，ⅳ，參考線ⅰ，ⅱ與側(cè)面輪廓的上型線的交點(diǎn)為a1，b1，參考線ⅱ與海豹身體的側(cè)輪廓的下型線的交點(diǎn)為b2，b1和b2之間的距離設(shè)為h，過b1作參考線ⅳ的垂線，垂足為d0，d1在d0下方1h/20處；過b2作垂線垂直于參考線ⅰ和ⅳ，垂足分別為a0和d00，a2和d2分別在a0和d00上方1h/20，完全貼合參考線ⅰ，ⅱ，ⅲ之間的上型線設(shè)計(jì)客車車體的側(cè)面輪廓的上型線，考慮車內(nèi)空間及整車總體布置的長(zhǎng)、高方向的尺寸要求，某些型線會(huì)做適當(dāng)調(diào)整：自參考線ⅲ后，采用平滑的外凸曲線連接c1和d1；采用平滑的外凸曲線連接a2，b2和d2構(gòu)建客車側(cè)面輪廓的下型線，連接a1,和a2；連接d1與d2，從而構(gòu)建了客車的側(cè)面輪廓；

(2)設(shè)客車的最大橫截面的寬度為w，高度為h，參考海豹渾圓身體輪廓，綜合考慮客車車身內(nèi)孔家及整車總體布置的寬、高方向的尺寸要求，在長(zhǎng)為w，高為h的矩形內(nèi)，通過回歸分析利用上下，左右的拋物線來構(gòu)建客車的橫截面輪廓，上下輪廓的拋物線表達(dá)式為y1＝40h/(81w^2)-1h/2,y2＝95/(16h^2)；根據(jù)拋物線形狀，構(gòu)建出客車的橫截面輪廓，適當(dāng)圓整曲線避免局部曲率過大，根據(jù)此橫截面輪廓進(jìn)行等比例的縮放得到其他橫截面輪廓；

(3)選取海豹頭部的圖作為客車駕駛艙的仿生設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，依照加勒比僧海豹頭部外形輪廓特別是其前顎的特征輪廓設(shè)計(jì)駕駛艙的俯視輪廓和側(cè)面輪廓，海豹向前突出的前顎對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙位置，其眼眶至鼻子位置對(duì)應(yīng)駕駛艙風(fēng)窗玻璃位置，綜合考慮駕駛艙與車體后部桿梁的連接以及駕駛員的視野，在0.5l/14和1.5l/14兩個(gè)橫斷截面處位置利用步驟(2)建立的橫截面輪廓結(jié)合俯視輪廓和側(cè)面輪廓構(gòu)建駕駛艙外形輪廓，在偏移b1點(diǎn)下方1h/5距離從第一個(gè)橫截面位置開始設(shè)計(jì)駕駛艙的側(cè)梁和前風(fēng)窗上橫梁，上橫梁一直延伸到駕駛艙的側(cè)面型線；

(4)依照步驟(1)所建立的側(cè)面輪廓型線與步驟(2)所建立的橫截面輪廓型線構(gòu)建整車車身的外形輪廓，并與步驟(3)構(gòu)建的駕駛艙骨架拼接形成整車的輪廓型線，對(duì)輪廓線進(jìn)行適當(dāng)光順避免局部曲線的曲率過大，獲得具有加勒比僧海豹身體固有的流線型特性。

(5)以客車車體的仿生外輪廓為基礎(chǔ)，按照客車總布置要求，確定乘員艙地板平面位置，乘員艙地板平面原則上應(yīng)布置于車體垂向中線以下，以保證乘員艙內(nèi)乘客具有舒適的乘坐空間并能夠在乘員艙通道內(nèi)站立行走，根據(jù)地板的位置設(shè)計(jì)大梁和縱梁，地板安裝于大梁上，以保證支承的剛度。

(6)依照地板的位置及50百分位人體身高及人機(jī)工程學(xué)比例，確定側(cè)窗下縱梁、側(cè)窗上縱梁的位置，側(cè)窗上、下縱梁應(yīng)與側(cè)面輪廓一致；兩塊側(cè)面風(fēng)窗玻璃之間布置側(cè)窗立柱梁，立柱梁與車體的橫截面型線一致，側(cè)窗的上、下縱梁與駕駛艙的縱梁連通保證車身整體的剛度。

(7)左、右兩側(cè)風(fēng)窗上縱梁間的上部區(qū)域作為車頂區(qū)域，在車頂區(qū)域沿車身側(cè)向輪廓的方向設(shè)計(jì)車頂縱梁，車頂縱梁的曲率與車頂?shù)耐庑屋喞恢隆?/p>

(8)依照地板的位置及客車總體布置要求，設(shè)計(jì)懸架安裝結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝結(jié)構(gòu)及其他功能部件安裝結(jié)構(gòu)。

(9)依照客車總體布置要求，并考慮前后懸架及車輪的安裝，設(shè)計(jì)貨艙地板縱梁，由于前后車輛懸架的影響，貨艙分為前部貨艙，中部貨艙，后部貨艙，各貨艙內(nèi)部按照客車功能要求設(shè)置橫向間隔結(jié)構(gòu)，也可適當(dāng)設(shè)置縱向間隔結(jié)構(gòu)，以提高整車的剛度特性。

(10)依照客車的型線，賦予各個(gè)型線截面，形成具體的梁結(jié)構(gòu)，橫截面環(huán)形梁與車身頂部縱梁，地板縱梁，側(cè)圍的縱梁一起構(gòu)成整個(gè)車身的基本骨架。

(11)基于車體的整體外形協(xié)調(diào)駕駛艙、乘員艙、貨艙的比例關(guān)系，同時(shí)運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化和靈敏度分析技術(shù)對(duì)所設(shè)計(jì)的縱梁與橫梁進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)在蒙皮覆蓋的、且不影響結(jié)構(gòu)布置的空間布置斜向支撐梁，以獲得承載均勻、剛度合理的客車骨架。

(12)設(shè)計(jì)包裹懸架連接車輪的軸突部分的仿生結(jié)構(gòu)，盡可能將車架與懸架包裹在車體內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供了一種外形類似于海豹的具有低風(fēng)阻特性的客車結(jié)構(gòu)形式及設(shè)計(jì)方法。駕駛艙和乘員艙的輪廓線分別依據(jù)海豹的頭部和身體的外形建立，其骨架由曲梁焊接而成，因此具有與海豹在水中游泳時(shí)的低阻力特性。有利于節(jié)省燃油消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，通過空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到，該低阻力的客車的風(fēng)阻系數(shù)為0.32，與一般的客車相比，風(fēng)阻系數(shù)降低了20％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的車身骨架的主視圖。

圖2為本發(fā)明的車身骨架的俯視圖。

圖3為本發(fā)明的車身骨架的側(cè)視圖。

圖4為本發(fā)明的車身骨架的軸測(cè)圖。

圖5為本發(fā)明的地板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6-8為本發(fā)明的橫截面環(huán)形梁結(jié)構(gòu)。

圖9-10為加勒比僧海豹的輪廓圖。

圖11-17為本發(fā)明的車身建模過程圖。

圖18為本發(fā)明的空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算流場(chǎng)圖。

圖19為一般客車的空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算流場(chǎng)圖。

圖中：1.乘員艙2.駕駛艙3.發(fā)動(dòng)機(jī)4.車門踏步5.前懸架6.前部貨艙7.中部貨艙8.后懸架9.后部貨艙

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖，以一輛長(zhǎng)12.5米，最大寬度為2.5米，骨架最大高度為3.2m的城際客車的骨架結(jié)構(gòu)作為實(shí)例，進(jìn)一步說明一種仿生海豹的低風(fēng)阻的客車車身結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。

該車身結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，主要由駕駛艙、乘員艙和貨艙三大部分組成。

其中駕駛艙仿生海豹的頭部建立，其前風(fēng)窗上橫梁由一根圓管經(jīng)過預(yù)彎工藝形成，下橫梁由2根圓管組成，下橫梁右側(cè)末端與布置在駕駛艙右側(cè)的車門立柱梁焊接。車門踏步為2級(jí)踏步。駕駛艙前部有三個(gè)外凸的圓形彎管構(gòu)成類似海豹前顎的空間結(jié)構(gòu)用來布置發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在駕駛艙的大梁上。

乘員艙是由7根橫截面環(huán)形梁通過貫穿前后的縱梁相連接形成的框架式結(jié)構(gòu)。橫截面環(huán)形梁的形狀仿生海豹的身體橫截面輪廓，其形狀是對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可由兩條開口方向相互垂直的拋物線相交得到，如圖6-7所示。為了減小車身的風(fēng)阻系數(shù)，需要保證橫截面輪廓的圓滑。因此這兩條拋物線需要在交點(diǎn)處的切線斜率一致。經(jīng)過計(jì)算，公式為y1＝40h/(81w^2)-1h/2,y2＝95/(16h^2)的兩條拋物線符合要求。

如圖5所示，所述的乘員艙地板將除駕駛艙外的車體分為乘員艙和貨艙。為了保證乘員艙內(nèi)的乘客擁有舒適的乘坐空間并能夠在乘員艙通道內(nèi)站立行走，地板平面原則上應(yīng)布置于車體垂向中線以下。結(jié)構(gòu)中間有兩根矩形的大梁，9根橫梁，上面鋪設(shè)地板。其中7根橫梁的位置對(duì)應(yīng)環(huán)形梁的位置，另外2根橫梁對(duì)應(yīng)后懸處的兩根板環(huán)形梁。縱梁與橫梁其主要的支撐作用。

所述的側(cè)窗下縱梁、側(cè)窗上縱梁由曲形梁焊接而成，與橫截面環(huán)形焊接梁構(gòu)成客車車身的側(cè)圍，并與駕駛艙骨架相連接以增強(qiáng)整體的剛度。為了乘員乘坐的舒適性。

優(yōu)選的是，依照地板的位置及50百分位人體身高及人機(jī)工程學(xué)比例，確定側(cè)窗下縱梁、側(cè)窗上縱梁的位置。

所述的前、后懸位置可能與7根橫截面環(huán)形梁的位置有所干涉，為了增加懸架位置的剛度，采用的技術(shù)方案是，對(duì)于前懸，由于其懸架位置剛好位于兩根橫截面環(huán)形梁的中間，所以不做調(diào)整；對(duì)于后懸，由于其懸架位置不可避免的與環(huán)形梁有干涉，所以只保留地板以上的那一部分環(huán)形梁。地板以下則重新構(gòu)建兩個(gè)新的半環(huán)形梁用來支承和安裝懸架，如圖8所示，前半個(gè)環(huán)形梁相對(duì)于原來的位置向前移動(dòng)了785mm，后半個(gè)環(huán)形梁相對(duì)于原來的位置向后移動(dòng)了695mm。

為使傳力結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，采用斜撐來增加局部的剛度。其中，前懸有兩根垂向布置的桿件連接兩根斜撐，后懸位置左右兩側(cè)分別用兩根斜向支撐承受并傳遞該位置可能出現(xiàn)的各種方向的力。對(duì)于環(huán)形梁的加強(qiáng)，有兩種，一種如圖6，用兩根垂向布置的桿件連接環(huán)形的上下部分，這種加強(qiáng)方式主要放在客車的尾部，便于布置逃生門；另一種如圖7，在環(huán)形梁的下部采用斜撐加強(qiáng)，主要用在車體中部。

該仿生海豹的低風(fēng)阻客車車身骨架的具體設(shè)計(jì)步驟為：

如圖11，選取海豹在水中向前游泳時(shí)的姿態(tài)圖作為客車車身仿生設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，將加勒比僧海豹的側(cè)視圖及在水中姿態(tài)的圖片導(dǎo)入三維設(shè)計(jì)軟件中作為構(gòu)建客車外形型線的參考。考慮海豹的身體較為細(xì)長(zhǎng)，只選取海豹身體的一部分作為最終仿生設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。選擇的方法是：測(cè)量出該海豹身體的總長(zhǎng)l，分別在距離頭部3l/14，5.5l/14，7l/14,10l/14長(zhǎng)度的位置確定四個(gè)參考線ⅰ，ⅱ，ⅲ，ⅳ，參考線ⅰ，ⅱ與側(cè)面輪廓的上型線的交點(diǎn)為a1，b1，參考線ⅱ與海豹身體的側(cè)輪廓的下型線的交點(diǎn)為b2。b1，b2之間的距離設(shè)為h，過b1作參考線ⅳ的垂線，垂足為d0，d1在d0下方1h/20處；過b2作垂線垂直于參考線ⅰ和ⅳ，垂足分別為a0和d00，a2和d2分別在a0和d00上方1h/20。完全貼合參考線ⅰ，ⅱ，ⅲ之間的上型線設(shè)計(jì)客車車體的側(cè)面輪廓的上型線，考慮車內(nèi)空間及整車總體布置的長(zhǎng)、高方向的尺寸要求，某些型線會(huì)做適當(dāng)調(diào)整：自參考線ⅲ后，采用平滑的外凸曲線連接c1和d1；采用平滑的外凸曲線連接a2，b2和d2構(gòu)建客車側(cè)面輪廓的下型線，連接a1,和a2；連接d1與d2，由此構(gòu)建了客車的側(cè)面輪廓。

如圖13所示，建立客車的橫截面環(huán)形梁，其寬度為w，高度為h。參考海豹渾圓身體輪廓，綜合考慮客車車身內(nèi)孔家及整車總體布置的寬、高方向的尺寸要求。在長(zhǎng)為w，高為h的矩形內(nèi)，通過回歸分析利用上下，左右的拋物線來構(gòu)建客車的橫截面輪廓。上下輪廓的拋物線表達(dá)式為y1＝40h/(81w^2)-1h/2,y2＝95/(16h^2)；根據(jù)拋物線形狀，構(gòu)建出客車的橫截面輪廓，適當(dāng)圓整曲線避免局部曲率過大。根據(jù)此橫截面輪廓進(jìn)行等比例的縮放得到其他橫截面輪廓。本設(shè)計(jì)中一共設(shè)計(jì)了7個(gè)橫截面。

如圖14，選取海豹頭部的圖作為客車駕駛艙的仿生設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。依照加勒比僧海豹頭部外形輪廓特別是其前顎的特征輪廓設(shè)計(jì)駕駛艙的俯視輪廓和側(cè)面輪廓，海豹向前突出的前顎對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)艙位置，其眼眶至鼻子位置對(duì)應(yīng)駕駛艙風(fēng)窗玻璃位置。綜合考慮駕駛艙與車體后部桿梁的連接以及駕駛員的視野，在0.5l/14和1.5l/14兩個(gè)橫斷截面處位置利用前面步驟中建立的橫截面輪廓結(jié)合俯視輪廓和側(cè)面輪廓構(gòu)建駕駛艙外形輪廓。在偏移b1點(diǎn)下方1h/5距離從第一個(gè)橫截面位置開始設(shè)計(jì)駕駛艙的側(cè)梁和前風(fēng)窗上橫梁，上橫梁一直延伸到駕駛艙的側(cè)面型線。

如圖15，依照所建立的側(cè)面輪廓型線橫截面輪廓型線構(gòu)建整車車身的外形輪廓，并與駕駛艙骨架拼接形成整車的輪廓型線。對(duì)輪廓線進(jìn)行適當(dāng)光順避免局部曲線的曲率過大，獲得具有加勒比僧海豹身體固有的流線型特性。具體的做法是，以第1個(gè)和第7個(gè)橫截面輪廓為參考曲線，以側(cè)向輪廓的上、下型線為引線進(jìn)行掃掠形成整車的的外輪廓曲面。

如圖16-17，以客車車體的仿生外輪廓為基礎(chǔ)，按照客車總布置要求，確定乘員艙地板平面位置，乘員艙地板平面原則上應(yīng)布置于車體垂向中線以下，以保證乘員艙內(nèi)乘客具有舒適的乘坐空間并能夠在乘員艙通道內(nèi)站立行走。本設(shè)計(jì)中所獲得的乘員艙空間，車頂與地板的最小距離在第一個(gè)橫截面處，最小高度為1760mm，最大高度在第三個(gè)橫截面處，為1898mm。依照地板的位置設(shè)計(jì)地板縱梁和大梁。地板安裝于大梁上，以保證支承的剛度。發(fā)動(dòng)機(jī)位于駕駛艙前部，用于支承動(dòng)力總成的骨架。

依照地板的位置及50百分位人體身高及人機(jī)工程學(xué)比例，確定側(cè)窗下縱梁、側(cè)窗上縱梁的位置，側(cè)窗上、下縱梁應(yīng)與側(cè)面輪廓一致，上縱梁距離地板，最終的設(shè)計(jì)結(jié)果為；兩塊側(cè)面風(fēng)窗玻璃之間布置側(cè)窗立柱梁，立柱梁與車體的橫截面型線一致。側(cè)窗的上、下縱梁與駕駛艙的縱梁連通保證車身整體的剛度。

左、右兩側(cè)風(fēng)窗上縱梁間的上部區(qū)域作為車頂區(qū)域。在車頂區(qū)域沿車身側(cè)向輪廓的方向設(shè)計(jì)車頂縱梁，車頂縱梁的曲率與車頂?shù)耐庑屋喞恢拢驹O(shè)計(jì)中有5根車頂縱梁。

依照地板的位置及客車總體布置要求，設(shè)計(jì)懸架安裝結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)安裝結(jié)構(gòu)及其他功能部件安裝結(jié)構(gòu)。具體設(shè)計(jì)懸架安裝時(shí)，懸架位置可能與前面所建立的橫截面位置沖突，本設(shè)計(jì)采取的做法是，在地板位置打斷第5個(gè)橫截面，將位于地板下部的橫截面分別向前偏移760mm，向后偏移720mm，中間空出的位置用于懸架的安裝。具體設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝時(shí)，為了保證駕駛艙空間及室內(nèi)空間的舒適性，將發(fā)動(dòng)機(jī)安裝于車頭前部位置的支承梁上。

依照客車總體布置要求，并考慮前后懸架及車輪的安裝，設(shè)計(jì)貨艙地板縱梁。由于前后車輛懸架的影響，貨艙分為前部貨艙，中部貨艙，后部貨艙。各貨艙內(nèi)部按照客車功能要求設(shè)置橫向間隔結(jié)構(gòu)，也可適當(dāng)設(shè)置縱向間隔結(jié)構(gòu)，以提高整車的剛度特性。本設(shè)計(jì)中，前部貨艙的長(zhǎng)度為1440mm，中部貨艙的長(zhǎng)度為1380mm，后部貨艙的長(zhǎng)度為1600mm。具體設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)因?yàn)閼壹芪恢玫牟煌鱾€(gè)貨艙的長(zhǎng)度會(huì)有所不同。

依照前面建立客車的型線，對(duì)各個(gè)型線賦予截面，形成具體的梁結(jié)構(gòu)。橫截面環(huán)形梁與車身頂部縱梁，地板縱梁，側(cè)圍的縱梁一起構(gòu)成整個(gè)車身的基本骨架。

基于車體的整體外形協(xié)調(diào)駕駛艙、乘員艙、貨艙的比例關(guān)系，同時(shí)運(yùn)用拓?fù)鋬?yōu)化和靈敏度分析技術(shù)對(duì)所設(shè)計(jì)的縱梁與橫梁進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)在蒙皮覆蓋的、且不影響結(jié)構(gòu)布置的空間布置斜向支撐梁，以獲得承載均勻、剛度合理的客車骨架。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提供了一種外形類似于海豹的具有低風(fēng)阻特性的客車結(jié)構(gòu)形式及其設(shè)計(jì)方法。駕駛艙和乘員艙的輪廓線分別依據(jù)海豹的頭部和身體的外形建立，其骨架由曲梁焊接而成。因此具有與海豹在水中游泳時(shí)的低阻力特性。

客車的空氣阻力公式為

其中，ρ為空氣的密度，cd為客車的風(fēng)阻系數(shù)，v為行駛的車速，a為客車橫向的最大投影面積。通過空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算得到，該低阻力的客車的風(fēng)阻系數(shù)為0.32，其對(duì)標(biāo)客車的風(fēng)阻系數(shù)為0.42，風(fēng)阻系數(shù)降低了23.8％，有利于節(jié)省燃油消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

申請(qǐng)人已根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)了一款一輛長(zhǎng)12.5米，最大寬度為2.5米，骨架最大高度為3.2m的城際客車。其中駕駛艙長(zhǎng)為3650mm，乘員艙長(zhǎng)度為8850mm。該客車的車身結(jié)構(gòu)示意圖詳見圖1-4所示。車身結(jié)構(gòu)性能的cae分析結(jié)果如下：

車身彎曲剛度為：k＝9.3*10⁶n/m。

同類車型參考值為k＝(5.99-10.41)*10⁶n/m。

車身扭轉(zhuǎn)剛度為:k＝9.51×10⁴n·m/deg。

同類車型參考值為k＝(3.37-4.12)*10⁶n/m。

車身一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率為：16.08hz。

同類車型參考值為：15.193-16.514hz。

車身一階扭曲振動(dòng)模態(tài)頻率為：10.182hz。

同類車型參考值為：7.813-9.122hz。

材料(q345)的屈服極限：345mpa。

風(fēng)阻系數(shù)為0.32

同類車型參考值為0.4-0.55。

以上分析結(jié)果表明該低阻力客車的各項(xiàng)性能指標(biāo)都與同類車型相近，但其風(fēng)阻系數(shù)降低了近20％左右。