2012-11-19 15:58:00
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摘要：車廂形式、車廂與底盤的連接方式、車廂結構和材料、車廂壁板的力學性能研究等是廂式車技術的關鍵，本文從這幾個方面對國外軍用廂式車的技術現狀進行了較為系統的分析，并對其今后的發展趨勢進行了預測。通過借鑒發達國家軍用廂式車技術上的經驗，可以提高我軍廂式車技術水平，并對我軍今后軍用廂式車的發展方向起到一定的指導作用；同時，也可以帶動我國民用廂式車技術的發展。
前言
現代化戰爭對部隊的機動性提出了越來越高的要求，各種集成化機動作業車輛應運而生。軍用廂式車作為其中的一種得到了世界發達國家軍隊的高度重視，近年來已有了較快的發展。隨著各國軍方對廂式車在資金和科研力量上的投入，軍用廂式車的設計與制造技術也在不斷的發展和成熟，其技術成果不僅在現代戰爭中發揮了越來越重要的作用，而且也已經應用到了民用廂式車上。
1 軍用廂式車發展概
20 世紀50年代初，機動使用的軍用地面裝備大部分還是采用散裝運輸，到達現場后才組裝配套、調試，形成系統。戰爭實踐證明，采用這種方式，在運輸過程中軍用裝備零、部件及備件容易丟失和損壞；到達現場后組裝調試費時費力，作戰反應時間長，難以應付緊急任務。對于有環境要求和防護要求的裝備，僅能在臨時架設的帳篷內安裝和工作，無法保證裝備和人員有適宜的工作環境。以上問題都直接影響了裝備的可靠性和總體作戰效能。為此世界各國逐步發展和裝備了軍用廂式車輛，把需要移動的軍事裝備事先安裝在車廂內并調試好，運抵戰場后可快速展開作業，并能充分發揮其作戰效能，使軍用廂式車成為了軍事裝備可靠的作戰平臺。為了確保人員和儀器設備在炎熱和寒冷的氣候條件下能夠正常工作，后來又改進了軍用廂式車車廂結構設計，應用了性能優良的車廂壁板，并在車廂內安裝了空氣調節裝置和濾毒裝置等，從而大大提高了軍用廂式車的環境適應性，使其成為一種應用范圍更為廣泛的軍事裝備機動載體。
圖1 美軍可擴展式指揮廂式車戰場應用模型圖
軍用廂式車由于其車廂與裝載底盤的一體性，在執行任務時不需要其它裝備支援即可出動，被敵方偵測到后，能迅速的轉移陣地，因而具有很強的戰術機動性、隨行保障能力和自我防護能力。目前在國外，軍用廂式車在指揮、通信、醫療、維修、發射控制等方面均有所應用，并有逐步擴大使用范圍的趨勢?？偤笄诓亢笄诳茖W研究所對美軍陸軍101 空降師編配的制式后勤裝備調查統計（圖2）表明，美陸軍在戰役和戰術層面上配備的軍用廂式車輛，占集裝化保障裝備的25%。
圖2 美陸軍101 空降師各種集裝化保障裝備所占百分比
軍用廂式車輛通常與集裝箱、方艙等互補組成集裝化保障系統。世界發達國家軍隊的集裝箱、軍用廂式車和方艙向著標準化、系列化、通用化、模塊化發展，由三者組成的大型機動組合保障單元已形成了整體配套、普及應用的趨勢，且具有較高的戰略機動性和防護能力。
2 國外軍用廂式車的技術現狀
2.1 車廂形式的發展
2.1.1 車廂形式的發展過程
軍用廂式車大多是由汽車二類底盤改裝而成，其整體性能很大程度上依賴于底盤的性能，所以選用優良的底盤是提高軍用廂式車整體性能的重要因素。典型的軍用廂式車主要由底盤車、副車架和車廂組成。西方各國在發展軍用廂式車的道路上，首先研制和生產的是非擴展的硬壁車廂。如美軍2.5T 級M1079軍用廂式車（圖3）。該車采用了美軍中級戰術車輛家族系列（FMTV）作為底盤，因而獲得了非常優良的性能。FMTV是美軍戰術單元機動和后勤保障的中堅力量，采用全輪全時驅動（full time all-wheel），而M1079軍用廂式車接近角和離去角均為40o，最小離地間隙為559mm，該車型具有很強的越野能力，能夠在無路地帶全時跟進（伴隨其它裝備進行保障，如坦克、裝甲車等作戰裝備），而且能夠適應-50℉（-28℃）的嚴寒氣候和+120℉（+92℃）的高溫氣候。
圖3 美軍2.5T 中級戰術廂式車（M1079）
M1079軍用廂式車整個車廂具備水密封性，車門和車窗均具有燈光管制系統。每個側壁開有兩處車窗，車窗為長方形結構，雙層玻璃。車門采用后雙開門方式，車門上帶有可拆卸的車梯供乘員進出車廂。由于軍用廂式車能夠為設備和人員提供一定的環境保護，并且越來越多的軍事部門要求軍用廂式車能夠提供一個更大的工作空間。于是，在20 世紀70年代以后，車廂的形式發生了多種變化。首先是英、德、法等國家研制出了采用良好越野性能底盤載運的拖車和半拖車組合單元；隨后，以美軍為代表的西方各國在保證軍用廂式車機動能力的前提下，以基型車廂為基礎，發展了可擴展式軍用廂式車。在20 世紀80～90年代期間，西方發達國家擴展式廂式車的水平有了大幅度提高，技術上已經很成熟，并出現了多種擴展形式。圖4 為美軍M1087可擴展式廂式車，該車也采用FMTV作為底盤。M1087 具有與M1079同樣的基本性能（底盤車同屬于FMTV系列），但由于整車尺寸大，其最小離地間隙為356mm，離去角為17o，比M1079 有所降低。
圖4 美軍5.0T 中級戰術可擴展式廂式車（M1087）
M1087 軍用廂式車車廂同樣具有水密封性，車廂和車門都帶有燈光管制系統。車廂每側開有三個車窗，長方形結構，雙層玻璃。后雙開門，兩側各開有一單側門，后門帶有可拆卸的車梯和平臺。
目前，美軍的各種廂式車在車輛底盤和車廂尺寸上已經系列化，車廂各零部件的通用化程度也很高，已經形成了比較完善的廂式車系列。
2.1.2 可擴展式車廂的展開方式
可擴展式廂式車機動靈活，現場展開時車廂內部作業面積大，展開、撤收時間短，便于戰時跟進和轉移，是集大空間和靈活性于一體的軍事裝備機動載體。因而，得到了各國軍方的高度重視，并相繼研究出了許多不同的擴展方式。可擴展式廂式車的用途不同，車廂的擴展方式也不同，目前發達國家軍隊的軍用廂式車主要有五種比較典型的擴展方式。
(1) 兩側車廂板掀頂伸縮式
該車廂由主車廂、左右伸縮式活動車廂、左右活動底板、左右活動頂板四部分組成。左、右兩側車廂為無頂式結構，當兩側車廂在液壓缸（或人工機械力）驅動下伸出（或展開）時，側車廂的活動頂板由上部滾輪（或人工機械力）掀起形成凸起的側頂，同時左、右活動底板在液壓缸（或人工機械力）驅動下，繞其旋轉軸向外側翻動，最后四部分組合形成一封閉車廂。這種擴展方式的車廂優點是提高了車廂內部高度，加大了擴展比，使其具有很大的作業空間，并在收攏后行駛狀態下車廂剛度大；缺點是結構復雜、設計制造難度大，而且車廂的密封性能較難實現。如俄羅斯的擴展式就餐車（圖5），該車為人工機械擴展式。
(2) 兩側車廂板整體內伸縮式
該車廂由主車廂、左右伸縮式活動車廂、左右活動底板三部分組成，左、右兩側車廂為廂式結構，在液壓缸（或機械力）驅動下兩側車廂整體伸縮，左、右活動底板在液壓缸（或機械力）驅動下，繞其旋轉軸上、下翻轉。這種形式的擴展廂式車結構簡單，整體性好，密封性能好，設計制造難度低，但是較掀頂式內部凈高度低，擴展比小。如美軍M1087 可擴展式軍用廂式車（圖6）。該車為機械擴展式，設有單人操作機構。
圖5 俄羅斯可擴展式就餐車 圖6 美軍M1087 可擴展式廂式車
(3) 兩側車廂板整體外伸縮式
整體外伸縮式車廂與整體內伸縮式車廂組成部分相同，伸縮原理也基本類似，不同之處在于外伸縮式車廂的伸縮部分是在基型車廂外部伸縮，而內伸縮式車廂則與之相反。兩者相比，外伸縮式車廂具有更大的擴展比，更合理的內部空間布局，然而車廂整備質量太大，整車高度過高，超過了鐵路運輸界線，不適于安裝在越野車的底盤上。如比利時EMI（ ESPACE MOBILE INTERNATIONAL）公司生產的CA600通用型可擴展式軍用廂式車（圖7），該車采用法國雷諾（RENAULT）公司生產的M200底盤，為液壓擴展式，具有良好的密封性能及空氣調節裝置（制冷，制熱能力較強），能夠適應在沙漠地區以及環境氣候惡劣的地區使用，曾在北約的部隊中裝備過一定數量。
圖7 比利時CA600 軍用型可擴展廂式車 圖8 比利時CA600 民用型可擴展廂式車
由于CA600 型廂式車展開時車廂內空間比較大，展開時的車廂內面積可達到6m×5.5m =33m2。因而，用途比較廣泛，既可以在戰時作為軍用廂式車，也可以在平時作為民用廂式車使用。其軍用型可以作為野戰時條件下的指揮所、通信指揮中心及醫療救護中心等。而其民用型可作為流動學術報告廳、流動圖書館、流動學校等，圖8 為CA600 民用型可擴展式廂式車。
(4) 兩側車廂板拉索收放式
拉索收放式車廂是通過拉索來收放側板，實現展開和收縮。這種展開方式的車廂收縮后側板為三層結構，并通過鉸鏈固定在一起。展開時先通過液壓機構（或機械力）將左右外側車廂板舉起，當其升高到一定程度，中間車廂板和內側車廂板會在自重力的作用下向下放開，并由拉索來控制收放速度和限位，以及調節左右兩側收放平衡（左右兩側也可獨立展開），最終將擴展車廂底板放平并定位，然后擴展車廂的前后端板分別向兩邊展開，與其它壁板形成一個封閉的系統。當收攏時，過程剛好相反。這種結構柔性比較大，但密封性能較好，而且在收攏狀態和展開狀態下車廂內部都有較大的空間。如瑞典VEKKLA公司生產的可擴展式廂式車（圖9）即采用了該方式，該車主要用于部隊的野外宿營和野戰醫院。
圖9 瑞典VEKKLA 公司的可擴展式廂式車圖 10 法國SODETEG 公司的扇形擴展式車廂
(5) 兩側車廂板扇形展開式
扇形展開方式的展開過程：左右側板在液力下繞底部的軸向外側轉動，配有雙軸系統的液壓千斤頂在轉動側板的同時升高頂板，側板展開后端面為扇形，如圖10所示。擴展后的車廂上配有8個受力支柱，確保車廂就位后的穩固性。這種方式結構比較復雜，制造難度大，但由于整個車廂為一體結構，伸縮采用手風琴式，所以密封性能極好，技術含量比較高。法國的索里蒂克（SODETEG）和SANTE 公司均生產了此種擴展方式的車廂。圖10為法國索里蒂克公司生產的扇形擴展式車廂，其在收攏狀態下底板面積為16m2，展開后有效面積為34m2，主要用作野戰醫院的組成單元。通過載有現代化的醫療設備，它具有較高水平的醫療救治能力，能適應各種情況的需要。既可用于軍事沖突的戰場救治工作，又可用于搶險救災以及邊遠落后地區居民的醫療保健。
2.2 車廂與底盤車連接形式的發展
采用現代生產技術制作的軍用廂式車車廂為一剛性很強的整體，與有大變形能力的底盤車相連，常常會在連接處造成很高的應力集中。所以車廂與底盤車連接形式的好壞對整車的可靠性起著至關重要的作用。目前軍用廂式車上采用的連接形式主要有以下四種方式。
2.2.1 多點彈性支撐式
多點彈性支撐式連接方式是采用原底盤車預留的連接位置，將車廂底板通過多個連接點固定在車架上，在連接處采用彈性裝置，同時需要對該處的車廂底板進行加固，如圖11所示。這種連接方式相比其它方式最為簡單，其連接處所承受的工況也最為惡劣，但能夠獲得較低的車廂高度和較低的車廂整備質量，因而，可以有效地降低整車質心高度和整車偏頻。如果只采用多點彈性連接，在廂式車受到垂直加速度時，車廂能夠保持較好的動態性能。但當廂式車產生側向加速度（轉彎或越野行駛工況）和縱向加速度（加速或制動工況）時，車廂橫向穩定性和縱向穩定性變差，連接處會產生較大的橫向和縱向剪切力。其中側向加速度是影響車廂穩定性的主要因素，所以需要對其橫向變形加以約束，通常的方法是在車廂底部前端采用橫梁與底部彈性連接。這種連接方式適合噸位較小的廂式車輛，目前在輕型軍用廂式車上得到較多的應用。
圖11 多點彈性連接方式 圖12 普通副車架式
2.2.2 普通副車架式
與第一種方式相比，普通副車架式連接方式是在車廂與底盤之間增加了副車架，車廂底板與副車架的橫梁通過螺栓固連在一起，而副車架的縱梁通常通過U形螺栓與車架彈性連接。這種形式實際上是通過副車架對車廂底板進行了加強，使副車架分擔了部分扭矩。因而，這種車廂連接結構比較簡單，并且也能獲得較低的車廂高度，但在車輛行駛時，由于車廂同樣要承受扭轉力矩，使其工作條件變差。因此，車廂結構仍需采用各種加強措施。目前通用的方法是增加復合限位裝置，即在副車架和車架之間采用多處彈性限位裝置來對其進行加固，如圖12 所示。普通副車架連接方式在一些外形尺寸較大的硬壁車廂上應用較為廣泛。
2.2.3 管梁固定式
管梁固定式是一種具有創新思維的連接方式，是基于圓管能夠最有效的承載扭矩這一思想所設計的，該連接組件由管梁和托架組成。采用管梁固定式的車廂，在車輛行駛過程中可避免外部扭轉力矩對車廂的直接作用，改善了車廂工作條件，提高了可靠性，為采用大板式車廂結構，降低車廂自重創造了條件，從而在一些中、重型軍用廂式車及擴展廂式車上得到了廣泛的應用，但車廂底板高度較普通副車架固定型式要高，對整車高度會產生一定的影響。其結構形式，如圖13 所示。
圖13 管梁結構分解圖
2.2.4 集裝箱（方艙）角件、轉鎖固定式
在需要車廂與底盤車分離的情況下，往往采用集裝箱角件、轉鎖固定式連接方式。該連接方式對于汽車底盤要進行改裝，設置集裝箱轉鎖，可以在一定程度上降低車廂所承受的扭轉力矩。車廂經常要與汽車底盤安裝和分離，所以車廂通常設計成方艙型式。當車廂與汽車底盤分離后，可以進行鐵、水、空等多種運輸模式的轉換。這種方式在車廂可拆卸式的軍用廂式車上得到了廣泛的應用。
2.3 車廂結構及壁板材料的發展
2.3.1 車廂結構的發展
初期的廂式車大部分是根據設備裝載要求構制車廂內部承載骨架（或叫框架），然后以骨架為基礎鉚接外蒙皮，加裝夾芯材料，再鉚接內蒙皮。此種車廂稱為骨架式車廂。隨著汽車工業的發展，逐漸暴露出骨架式車廂的種種問題。它荷質比低、承載能力差；無法實現設備的隨處安裝，造成設備更新換代困難；由于存在骨架這一熱橋，大大降低了車廂壁板的絕熱性能，而且不適宜大規模生產。因此當今骨架式車廂逐漸被由多塊夾芯復合大板構成的大板式車廂所取代。
大板式車廂一般由六塊厚約50mm 的夾芯復合板、12 根角形件、8個角件，通過螺栓、鉚釘、密封膠等固連在一起而形成，具有比強度高、比剛度好、荷質比高、保溫性能及電磁屏蔽效能好、承載能力強等優點。除此以外，大板式車廂還易于實現車廂零件的標準化、車廂形式的通用化和系列化以及附屬裝置的模塊化，適應了軍用廂式車的發展方向。
2.3.2 車廂壁板材料及制作工藝的發展
在軍用廂式車車廂壁板的發展過程中，其材料和結構工藝經歷了幾個階段。在20 世紀50年代，夾芯材料主要是紙蜂窩、鋁蜂窩（圖14），蒙皮與夾芯材料通過膠粘劑粘接成型。由于最初的軍用廂式車經鉚接的外表面密封性不是很好，使用一段時間后容易發生滲水現象，由蜂窩做芯材的夾芯復合板一旦進水，就會造成車廂壁板熱導增加和脫粘，甚至會發生起鼓現象，因此夾芯材料逐漸被后來興起的聚氨酯泡沫塑料（圖15）代替，并在比利時、法國、德國、英國、美國等國家的軍隊中得到了廣泛的應用。但由于蜂窩夾芯仍有自己不可替代的優點：能夠獲得極高的荷重比，能夠獲得極小的熱導率，能夠獲得極佳的電磁屏蔽性能等。所以目前在美軍的一些電磁屏蔽車廂和方艙的壁板上仍占有一席之地。在這種車廂上，美軍采用無縫鋁合金蒙皮，壁板連接處采用蒙皮與角件焊接方式，從而保證了外表面的密封性。到目前為止，軍用廂式車車廂壁板的蒙皮主要有金屬材料板、硬聚氯乙烯板、復合材料板等，芯材有紙蜂窩、鋁蜂窩、聚苯乙烯泡沫塑料、硬質聚氨酯泡沫塑料等，而應用最為廣泛的是蒙皮采用鋁合金、夾芯材料是硬質聚氨酯泡沫塑料的夾芯復合板。
圖14 蜂窩夾芯剖面圖 圖15 聚氨酯泡沫夾芯剖面
聚氨酯泡沫能夠在軍用廂式車車廂大板制作方面得到廣泛的應用，除了它克服了蜂窩芯材的缺點外，更在于它成型的多樣化，它既能夠現場澆注成型，也可以通過預先制造的模具發泡，然后再粘結成型。
(1)澆注成型法。這種方法是先由內外蒙皮、加強筋、隔熱條等構件，通過高強度膠粘劑粘接、加壓固化后形成空腔大板，再將空腔大板緊固于溫度均衡的發泡工裝上，然后按照一定比例的聚醚、PAPI、阻燃劑、F11等化工原料，經過混合后迅速注入大板空腔，保溫一定時間，待其固化后，形成聚氨酯硬質泡沫。由于硬質聚氨酯泡沫與內外蒙皮自然粘接成整體，便形成了承載力很強的復合板。澆注成型法工藝簡單，對設備要求不高，因而得到了較多的應用，但工藝不好控制，生成的芯板密度不均勻，氣泡大小不一致，其密度中間小邊沿大，而且在一些死角（如窗口附近、加強筋各個角落等）不容易被泡沫填滿。因而，同一塊板的各處性能差別比較大，其生成的大板經高低溫試驗后，板材的膠接強度有所下降，易發生起鼓現象。
(2)粘結成型法。粘結成型法有兩種方式，一種是用膠粘劑進行粘結，另外一種是采用結構膠膜進行粘結（膠膜耐溫性、強度均好）。粘結成型法避免了上述澆注成型法的缺點，但自身也存在加工工序多，材料浪費大等問題。目前在國外，發達國家兼顧到環保因素，大多都采用粘結法。發泡法和粘結法是目前并存的兩種工藝，粘結法有較好的發展趨勢。
2.4 車廂壁板力學性能研究的發展
廂式車車廂壁板所用的夾芯復合板結構具有重量輕、強度大和剛度大的特點。適當選擇蒙皮和夾芯還可以獲得良好的抗振、隔熱、隔音及防靜電干擾等性能。同時，這種結構不用大面積鉚接，可以減少應力集中，而使疲勞強度有較大的提高。由于以上這些優點，近幾十年來，夾芯復合板在航天、船舶及車輛等工業得到了廣泛的應用，目前軍用廂式車車廂的壁板制作普遍采用這種板材。
由于夾芯復合板是由兩種彈性模量相差很大的材料通過膠合粘劑粘結而成，因而橫截面上的應力變得非常復雜，增加了對其進行結構應力分析的難度，引起了人們在此方面的研究和探討。
2.4.1 夾芯復合板理論的進展
經過數十年的夾芯復合板的理論研究，已經提出了不少計算模型。由于聚氨酯泡沫在宏觀上可以看作是各向同性材料，所以在工程計算上往往把由各向同性材料構成的夾芯復合板作為面內各向同性結構進行研究。對這種結構的線性理論而言，目前主要的理論大致可以概括為以下幾種類型：
(1)Reissner 理論： Reissner夾芯復合板理論把表層薄板看成一塊薄膜，即認為只承受平面力，忽略其本身的抗彎能力，認為夾芯只起抗剪作用。由于其數學方程較為簡單，并且能解決相應的問題，通過大量工作實踐，證實了對于多數工程中涉及的復合板問題能夠獲得足夠的精度。因而，這種理論被廣泛采用，是工程中夾芯復合板分析與設計中最常用的理論。
(2) Hoff 理論：該理論把表層薄板看作為普通的薄板，即考慮其本身的抗彎剛度，而夾芯仍認為只承受剪切作用。
Reissner理論對一些力學因素做了簡化，因而存在一些不能解決的問題，如在集中載荷作用下，板的彎曲問題、板彎曲時固支邊附近的表層局部應力問題等，而且用來解決剛硬蒙皮的夾芯復合板時，誤差較大。Hoff理論把夾層板看作為普通的薄板，在這種條件下認為夾芯只承受剪切作用，從而克服了Reissner夾層板理論的局限性，在解決剛硬蒙皮的夾芯復合板時，比Reissner 理論更合理，應用范圍更為廣泛。但這兩種理論都未考慮夾芯的彈性支撐作用，因而在分析柔性夾芯復合板時誤差較大。
(3) ⅡpycakoB—杜慶華理論：該理論把表層薄板看作為普通薄板，而夾芯除了承受剪切作用外，還存在橫向的彈性變形作用。
實際的夾芯結構元件中不僅有反對稱型彎曲變形或總體失穩波形，而且還會有對稱型彎曲變形或局部失穩形式，分析這種變形形式是Reissner 和Hoff理論無能為力的。Ⅱ pycakoB—杜慶華理論在Hoff假設的基礎上，分別提出了各自關于考慮夾芯橫向彈性變形的夾芯復合板的理論。夾芯橫向彈性作用對于由集中載荷和板的邊界效應所引起的夾芯板表層局部應力有特定的影響。這是研究表層相對夾芯中面的對稱型局部失穩時所必須考慮的因素。由于ⅡpycakoB—杜慶華理論考慮了夾芯的抗剪切與彈性支撐作用以及蒙皮的抗彎能力，是比較完善的理論，但由于其在數學處理上的復雜性，難以在工程中應用。
近幾年來，夾芯復合板理論沒有多少新進展，現有的一些研究大多數在以上幾種理論基礎上對近年來出現的復合材料夾層板的新特點的應用，還不太成熟，有許多問題有待解決。
2.4.2 夾芯復合板應力單元模型的發展
隨著計算機技術的飛速發展，有限元方法作為一種極為有效的結構應力分析方法也迅速發展起來，同時運用有限元進行結構應力分析的軟件越來越多，并且功能越來越強，其單元庫中所包含的單元類型越來越多，以至于象ANSYS 和SolidWorks Cosmos等這樣的大型通用型微機版軟件都已經包含了夾芯復合板單元類型，下面以ANSYS 為例介紹一下夾芯復合板單元類型的特征。
ANSYS單元庫中，用作層狀結構板殼單元的單元類型有多種，但只有shell91 單元具有模擬夾芯復合板結構的功能。shell91單元共有八個節點，六個自由度：X、Y、Z 方向的位移和繞X、Y、Z 軸的轉動，如圖16所示?？梢酝ㄟ^對其八個節點、各層的厚度、各層的鋪設方向以及正交各向異性材料屬性等進行定義確定單元的幾何形狀和屬性。這種單元必須保留中間節點，以保持應力的連續性。
圖16 shell91 單元 圖17 shell91 單元的sandwich 特性
shell91模擬的夾芯復合板要求具有較薄的表層（蒙皮）和較柔的夾芯，而這完全符合廂式車車廂夾芯復合板的性能要求。這種單元所采用的假設條件是：夾芯承受所有的橫向剪力，而表層卻不承受剪力，相反，表層承受所有的彎曲力矩，夾芯卻幾乎不承受夾芯復合板的彎矩。可見這種假設條件跟Reissner理論的假設條件完全相同，所以shell91 單元應力模型是基于Reissner 理論建立的。
圖17 為shell91的單元特性圖，從圖中可以看出， shell91單元帶有夾芯復合板（sandwich）屬性和不帶夾芯復合板屬性在懸臂工況、均布載荷作用下的變形圖有明顯的區別。這是由于帶有sandwich選項的shell91單元夾芯較柔，彈性模量低，對整個夾芯復合板的約束能力小，其整體變形形狀主要由彈性模量很大的上下表層決定。但夾芯可以使表層充分發揮材料效能，起到類似工字梁的作用。
這種單元類型還有一個特點就是可以對同一個節點定義兩種材料屬性。對夾芯復合板來說，蒙皮和夾芯粘接處為兩種材料屬性，卻具有相同的節點，所以這個功能對夾芯復合板非常有用，如圖18 所示。這種功能的屬性可以通過ANSYS 的KEYOPT（11）來定義。
圖18 異材共點功能
為了使計算結果合理準確，ANSYS 在人們選定sandwich 功能時附加了一些限定條件：
(1) 夾芯與整個夾芯復合板的厚度比t tc / 最好≥5/6，但必須≥5/7。
(2) 蒙皮與夾芯彈性模量的比值最好在100≤ c f E E / =10 000 范圍內，但必須在4≤ c f E E / ≤1 000 000范圍內。
(3) 夾芯復合板在彎曲載荷作用下的曲率半徑與夾芯復合板厚度的比值t r / 最好≥10，但必須≥8。
經實驗測定，ANSYS 中shell91 單元的sandwich功能能夠較好的解決夾芯復合板在彎曲工況的應力分析，但限于所依據的理論，對廂式車車廂上的復雜工況只能解決部分問題，有待于進一步完善和發展。隨著人們對夾芯復合板理論研究的不斷深入和計算機軟件的不斷發展，夾芯復合板單元的特性會更加有效，更接近于實際情況。
3 軍用廂式車發展的總體趨勢
世界各國由于自身實力和作戰對象的不同，其軍用廂式車的發展方向也不盡相同，但現代戰爭的共同點也使他們著重在以下幾個方面進行發展。
3.1 標準化和通用化
在軍用廂式車發展的初期，美軍各軍兵種都是根據自己的需要來研制、生產和裝備軍用廂式車的，導致車廂品種發展太多，通用性差，生產批量小，成本高。從1975年開始，美軍就開始了標準化工作，確定了標準化、系列化的基型車廂。并在基型車廂的基礎上發展了可擴展式車廂，使車廂在尺寸上形成系列化，在車廂結構上實現模塊化。而德國也根據本國軍用和民用車輛的情況，制定了軍用廂式車系列標準。
外國軍方除致力于基型車廂的標準化工作以外，在車廂的組件、零件或附件上也開展了標準化工作，如在門、角件、孔口尺寸、空調裝置、電源接入板等上的標準化工作。這樣不僅減少了研制費用，減少了后勤供應因品種繁多造成的因難，而且使不同類型的廂式車上對應組件或零件具有互換性，便于修理，提高了軍用廂式車的作戰效率。當前，車廂及其組件、附件等的標準化和通用化仍是國外軍用廂式車發展的重點之一。
3.2 電磁屏蔽設計
現代戰場上，軍用廂式車是用作電子設備工作平臺的主要裝備之一。隨著現代科技的發展，越來越多的先進復雜的電子設備如指揮控制系統、通信系統、探測與預警系統、雷達系統等電子設備安裝到了廂式車上，這些電子設備能否發揮應有的作用，在很大程度上決定了戰爭的勝負。而這些電子設備通常都由晶體管或集成電路等制成，它們易受電磁干擾，易遭電磁脈沖損壞，所以廂式車的車廂必須為車廂內部的電子設備提供足夠的電磁屏蔽防護能力。目前，電子干擾的基本技術已被世界上的許多國家所掌握，而且可以用多種方法設置或投放干擾機，干擾能力越來越強。而現在發達國家的軍用廂式車內大量裝備精密電子設備，極易被干擾，所以人們越來越重視車廂的電磁屏蔽設計。
軍用廂式車車廂通常由內外金屬蒙皮（一般用鋁合金）的夾芯復合板組成，因此車廂本身就具有一定的電磁屏蔽能力。電磁干擾和電磁脈沖主要通過車廂大板蒙皮接縫、門、窗、孔、口進入車廂內部，也會通過電源線、信號線的傳導進入車廂內部。為了提高車廂的電磁屏蔽能力，西方各國做了大量工作，采用的主要辦法有：使車廂內、外蒙皮形成兩個獨立的法拉第籠；臨接的蒙皮間采用焊接連接；改進門、窗設計，采用導電密封墊等防止電磁泄漏；孔、口采用蜂窩導電材料；電源線、信號線上裝濾波器，并保證系統有良好接地。對于蒙皮不采用導電金屬的車廂大板，可在蒙皮下敷設一層鋁箔或金屬絲網，達到電磁屏蔽目的。
目前美軍在硬壁車廂上的電磁屏蔽設計已經相當的成熟，電磁屏蔽的衰減量達到60dB 以上，要求高的甚至在80dB以上，但在擴展式軍用廂式車上仍存在一定難度。由于擴展廂式車接合面多，達到高屏蔽衰減比非擴展車廂難度大。以前美軍采用鋁板橋接擴展后的壁板接合面，用這種方法盡管能使擴展車廂具有一定的屏蔽效能，但緊固橋接用鋁板的時間太長，增加了車廂的伸縮作業時間，因而降低了擴展廂式車的作業效能。現在美軍采用柔性金屬網柵技術，在一塊壁板上永久性連接金屬網柵（用鍍錫絲制成），在另一塊壁板上裝上金屬網夾緊裝置，使用時把網柵按要求鋪展夾緊即可。在拐角處有三維金屬網和一個用于夾緊的可卸角件。采用這種方法既減少作業時間，也提高了車廂的電磁屏蔽性能。美軍目前仍在繼續改進電磁屏蔽設計，謀求新的電磁屏蔽手段和方式。
3.3 三防設計
隨著核技術的擴散，許多中小國家逐漸掌握了制造核彈技術。由于生化武器生產制造相對簡單，費用低，又能造成大規模殺傷作用，極大沮喪敵方軍民的抵抗信心，所以不少中小國家把化學武器作為其威懾力量。這樣在未來的戰爭中，局部戰爭擴大為核生化戰爭的可能性仍然存在。尤其是伊朗、伊拉克在兩伊戰爭中使用化學毒劑后，主要西方國家都重視有核生化功能（三防）的軍用廂式車的研制生產。
具有三防功能的廂式車主要由車廂、車廂控制組件、保護性出口及其控制組件、塵埃收集器、氣體/粒子過濾器、主風機、氣流閥、配電裝置、探測和警報系統等組成。車廂起放射性塵?；蚨緞┑母綦x作用。
由于車廂門、窗、孔口處存在接縫，為了防止放射性塵埃、毒氣和毒劑氣深膠進入車廂，車廂內部要保持一定超壓，通常在175Pa以上，在污染的環境里人員通過保護性進出口來進出車廂。為使外界污染空氣不進入進出口，保護性出口也要保持100Pa左右的超壓，并裝有凈化裝置。從污染環境里進入車廂的人員在保護性進出口里清洗，然后作5min左右的換氣凈化，之后開啟車廂門放人員進入。氣體/粒子過濾裝置用來過濾送入車廂的污染空氣。主風機把過濾的凈化空氣送入車廂，并使車廂加壓。為保證車廂內人員呼吸的空氣中有合適的二氧化碳含量，通風量最少不少于0.113m3/min/人。探測和報警系統則在車廂外污染達到危害人健康的給定量值上發出警報，并啟動氣體/粒子過濾裝置和各種閥門進行消毒工作。
美英等西方國家通常是把集防設備裝設在普通車廂上以組成三防車廂。美軍采用模塊化集防設備，可以通過結合裝置安裝在不同尺寸系列的車廂上。車廂及其門、空調裝置等的標準化系列化給模塊化集防設備的廣泛應用創造了良好的條件。
在核生化戰爭環境中，具有三防功能的軍用廂式車不僅能夠保護車廂內人員，與穿戴防毒面具和服裝相比，車廂內人員無戴面具和服裝的沉重負擔，而且極大提高了作戰效率。英國、意大利、德國也都在發展三防車廂，三防功能已經從指揮、控制、通訊廂式車擴大到機械維修、電氣/電子設備維修、醫療、炊事（其中包括可擴展式）廂式車，軍用廂式車具有三防功能也成為重要發展趨勢。
3.4 提高車廂的抗爆炸和防洞穿能力
隨著高新技術在軍事領域的應用，先進的高精度制導武器將會大量使用，未來常規戰場上的火力強度和密集度將有很大增加。在勢均力敵的常規戰爭中，當今的軍用廂式車是極易被探測和遭摧毀的目標。因此，美軍認識到，加固軍用廂式車的車廂壁板使其具有一定的防超壓和防洞穿能力是今后車廂發展的重要工作，并把其作為近、中、遠期發展的重點之一。美軍主要采用強度高、重量輕的結構材料（如Kevlar層壓材料等）來制造車廂壁板以承受超壓和防洞穿，圖17 為美軍用Kevlar材料加固的車廂壁板截面圖。
這種車廂壁板可以使車廂承受5×104Pa的超壓，它不僅能抗氣體、炮彈、火箭彈在車廂附近爆炸形成的上述量級超壓，而且具有40g、60m/s 彈片擊中和遭小型武器7.62mm子彈射擊時的防洞穿能力，相當于裝甲人員輸送車的防彈能力。目前美國正在研究和試驗車廂壁板上用的陶瓷、石墨、玻璃纖維等復合材料，以提高抗超壓和防洞穿能力?？梢灶A計，隨著新技術新材料的發展和在軍用廂式車車廂壁板上的應用，研制出具有一定抗超壓和防洞穿能力的車廂只是時間的問題。
圖19 用Kevlar 材料加固的車廂壁板截面圖
3.5 軍用技術民用化
軍用廂式車技術的發展，大大提高了軍隊的機動性、戰時后勤保障能力和自身防護能力，使軍隊更能適應現代高技術條件下的局部戰爭。它在提高軍隊機械化和信息化的同時，其技術成果也在民用技術上產生了很大的影響，促進了人們日常生產和生活水平的提高。
圖20 自行式房車 圖21 可擴展式房車
近幾年隨著人們物質生活水平的提高和旅游業的發展而迅速撅起的房車產業，在很多技術上應用了軍用廂式車的技術成果，從車廂與底盤連接技術、車廂的擴展技術到車廂的結構材料等，這些技術促進了房車產業的發展，同時也促進了旅游業的發展，給人們的生活帶來了更便利的交通工具和更舒適的旅游空間，提高了人們的物質文化生活水平，如圖20 所示，在汽車二類底盤上改裝的自行式房車和圖21所示的在大客車車身基礎上改裝的可擴展式房車。在運輸行業里，部分民用廂式運輸車如食品冷藏車、食品保溫車、保鮮車等也在很大程度上應用了軍用廂式車的技術，促進了該行業的發展。在和平年代時，軍用技術越來越多的應用于民用工業，帶動民用工業的發展，這是一種必然趨勢。
4 結束語
軍用廂式車的出現代表著部隊在戰術機動性、后勤保障能力和自我防護能力上有了很大的進步，軍用廂式車車廂上各種技術的發展標志著軍隊正在適應現代化戰爭，向現代化方向發展；而民用廂式車的發展以及旅游房車的出現則標志著人們生活水平的提高和物質文化生活的豐富。軍用技術和民用技術從來就不是獨立發展的，我們借鑒外軍的經驗來研究軍用廂式車技術，是為了提高部隊現代化水平，維護世界和平，但最終目的是為了將技術更好的用于民用行業，促進民用技術的發展，造福于民。我們也希望在研究軍用廂式車技術的同時，從民用廂式車技術上汲取營養，推動軍用廂式車技術的發展。
