Automobile Technology & Material
货箱顶板轻量化解决方案
063000） （河钢股份有限公司唐山分公司，唐山 摘要：参照商用车和典型车企的相关标准，通过结构优化提升顶板结构的抗凹性、耐雪压 3 4 性。研究表明，在货厢顶板处在顶板上添加 根横向加强梁和 根小纵向加强梁，加强梁采用 10 mm、宽为50 mm、厚度为0.8 mm 截面尺寸高为 的槽钢，与顶板形成封闭的曲面。优化后顶板的耐指压抗凹性和耐雪压性均能满足货箱的使用要求。 关键词：货箱顶板 轻量化 耐压性 中图分类号：U461.91；U465 文献标识码：B Doi：10.19710/j.c
于提高抗凹性。3
指压工况仿真
由于在客户买车时，客户通常会用手去感受货箱的顶板和侧板是否抗压，而客户的第一感受往往是最重要的，因此需要去考虑顶板的抗指压
Q235- 1.2 mm
性能。将顶板材料由 换成
HC420LA-0.7 mm
的高强钢，不改变瓦楞板的断面尺寸，现对未布置加强梁的顶板进行抗凹性仿真分析。由于目前货厢没有统一的抗凹性评判标
[3]，对
准，因此参照发动机罩板抗凹性的评判方式顶板进行指压抗凹性仿真分析。
12.7 mm
仿真的边界条件为用一个半径为 的刚
200 N（只加
性半球模拟人的手指，在球中心点施加载不卸载）的载荷模拟人手指的按压载荷力，加载方向垂直于加载平面，刚性球约束除垂直方向外的
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其他 个自由度。完全约束货厢顶板的 个边。通过最大变形位移来判断材料的抗凹性能。
1 2 1.2 mm
对比图 和图 可以看出，原始 顶板的
5.07 mm，轻量化后0.7 mm
最大位移为 顶板的最大
11.40 mm 124.85%
位移为 ，最大位移增加了 。因此，顶板仅厚度减薄后必须在顶板上布置加强梁以提高顶板刚度。6
梁和纵梁均匀布置，将顶板分成 块，布置方式如
3
图 所示，横向加强梁、纵向加强梁均采用截面尺
10 mm、宽为50 mm、厚度为0.8 mm
寸高为 的槽钢，
Q235，槽钢开口方向朝向顶板，采
加强梁的材质为
40 mm，与顶板形成封闭
用点焊连接，焊点间距为
的曲面。4 5 1 2抗
如图 和图 所示，加载位置 和加载位置
1
凹性仿真分析结果表明，加载位置 处的最大位移
11.40 mm，加载位置2 4.48 mm，
为 处的最大位移为
1.2 mm
与原始 顶板的最大位移相比减小了，将瓦楞
2
板分成如加载位置 的网格大小，可以保证顶板减
0.7 mm
薄至 时，顶板的抗凹性能不下降。因此，顶
3 4
板加强梁的布置方式为 根纵向加强梁和 根短的横向加强梁，横向加强梁和纵向加强梁都均布在顶
6
板上，如图 所示。
足抗雪压的能力，尤其在冬季降雪较大的区域。货箱顶板在雪压的作用下会产生弯曲变形，随着积雪厚度的增大，弯曲下压量呈增大趋势。当积雪达到一定极限时，顶板所受的应力超过材料的屈服强度，会由弹性变形转变为塑性变形，从而导致顶板的塌陷不能恢复[4]。因此，必须验证顶板的抗雪压性能。
目前，国内对雪压工况没有统一的要求和标
CAE
准，参照某企业乘用车的顶盖雪压 仿真分析
[5]，积雪厚
规范，建立仿真的边界条件和评价标准
400 mm 10 mm，且
度达到 时，顶盖挠曲位移不大于没有塑性变形为合格。
400 mm
仿真的边界条件，将 降雪均布在顶板上，同时考虑顶板的自身质量，完全约束货厢顶板
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的 个边。通过比较顶板的下沉面积和最大下沉距离来评判顶板的抗雪压能力。
Q235- 1.2 mm HC420LA0.7
将顶板材料由 换成mm
的高强钢，按照最优抗指压方案进行抗雪
7、图8 9所
压性能仿真分析。仿真结果如图 和图
8.06 mm，轻量化后顶
示，原始顶板的最大位移为
13.47 mm
板的最大位移为 ，最大位移增加了
67.12%，而增加加强梁的最大位移为9.30 mm，因
此，当顶板仅厚度减薄后，必须在顶板上布置加强梁以提高顶板的抗雪压性能。3 10
上述 种横向截面走势进行对比，如图 所
Q235-1.2 mm顶板相比较，HC420LA-0.7 mm
示，与
13.47 mm，且最大下沉位移
顶板的最大下沉位移为
77%
所占的面积为总面积的 。增加加强梁后的
HC420LA-0.7 mm 9.30 mm，
顶板的最大下沉位移为较仅减薄后的顶板的最大下沉位移有所减小，但仍
Q235-1.2 mm
高于 的最大下沉位移，最大下沉位移
42%，满足标准要求。
面积有所降低，占总面积的5
轻量化效果成本核算
货箱顶板采用高强钢进行轻量化后，对其质量和成本进行核算，成本包括原材料、模具摊销和冲压成本，顶板为冲压成形，一般材料费用与冲压费
1.33%，模具分摊为10元/件，用之和为原材料费的
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如表 所示。
6结束语