基于极限工况载荷的车身静态强度分析及优化设计

摘要

汽车在行驶过程中,由于受到道路不平度和各种冲击载荷的作用,其受力状况非常复杂。车身作为汽车的主要承载部件,其强度影响着整车的安全性,在汽车车身系统设计中,需要全面考虑车身零件的结构强度。因此,在车身强度分析中,设定合理的载荷分析工况、研究白车身应力分布情况和优化车身强度薄弱部位对车身设计十分重要。
　　 本文研究了车身静态强度分析的四种典型极限工况,并利用有限元方法对某客车白车身进行静态强度特性分析,最后采用结构优化方法对车身强度薄弱部件进行优化设计。论文具体研究内容包括:
　　 1.四种典型极限工况研究及载荷计算。以往的静态强度分析大都集中在弯曲和扭转两种常见工况,而对车身在其它工况下的研究相对较少,并且在有关静态强度分析的论文中也很少介绍载荷获取的详细过程。本文在汽车常见工况的基础上,研究了转弯制动、对角离地等四种车身静态强度分析的典型极限工况,并详细说明了车身强度分析所需的载荷获取过程,得到了底盘与车身相连的16个硬点处的载荷,用于白车身结构静态强度计算。
　　 2.车身结构的静态强度特性分析。以有限元理论为基础,依据几何清理和网格划分质量控制原则,对某客车白车身进行有限元建模;利用四种典型极限工况载荷作为边界条件,选择惯性释放的方法对白车身有限元模型进行结构静态强度计算,分析得出了前悬架减震器支座面板等多处车身强度薄弱部位。
　　 3.前悬架减震器支座处车身面板开裂分析及结构优化。根据实车路试结果和有限元模型强度分析数据,对前悬架减震器支座面板在路试中出现的开裂问题进行分析,提出改进设计方案,并对其进行形貌优化。
　　 通过本文的研究,可以获得更加适合于汽车车身静态强度分析的工况、车身静强度分析及强度薄弱部件结构优化设计的详细解决方案,本文中的分析改进方法也可以推广应用到底盘零部件结构分析中,达到提高产品可靠性的目的,具有工程应用价值和指导意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 论文的研究背景和意义

1.2 国内外研究的现状

1.2.1 车身强度分析的研究现状

1.2.2 结构优化方法的研究现状

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 典型极限工况研究及载荷计算

2.1 引言

2.2 载荷分析典型极限工况研究

2.2.1 载荷分析典型极限工况研究

2.2.2 典型极限工况轮胎接地力计算公式

2.2.3 典型极限工况轮胎接地力计算

2.3 多体动力学模型的建立及模型验证

2.3.1 多体系统动力学理论

2.3.2 前悬架模型的建立

2.3.3 后悬架模型的建立

2.3.4 悬架模型的验证

2.4 硬点分析及典型极限工况硬点载荷的计算

2.4.1 车身与底盘连接硬点分析

2.4.2 典型极限工况硬点载荷的计算

2.5 本章小结

第3章 车身结构的静态强度特性分析

3.1 引言

3.2 车身结构有限元模型的建立

3.2.1 有限元理论

3.2.2 车身几何模型处理

3.2.3 有限元模型单元类型的选取

3.2.4 有限元模型网格划分及质量控制

3.2.5 有限元模型连接方式的模拟

3.3 车身静态强度特性分析

3.3.1 静态强度分析理论

3.3.2 车身静态强度分析

3.3.3 车身强度薄弱部位总结

3.4 本章小结

第4章 前悬架减震器支座处车身面板开裂分析及结构优化

4.1 引言

4.1 结构优化设计理论

4.1.1 结构优化设计的介绍

4.1.2 优化设计的数学基础

4.1.3 结构优化实现流程

4.2 前悬架减震器支座面板形貌优化设计

4.2.1 形貌优化理论

4.2.2 前悬架减震器支座面板开裂问题分析

4.2.3 前悬架减震器支座面板形貌优化参数定义

4.2.4 基于形貌优化结果的减震器支座面板优化设计

4.3 减震器支座面板结构优化方案有限元分析

4.4 本章小结

全文总结与展望

1 全文工作总结

2 研究展望

参考文献

致谢

附录A攻读学位期间所发表的学术论文