长途客车车身结构轻量化设计方法的研究

摘要

车身轻量化设计是有效提高汽车性能的重要途径，在车身强度和车辆安全性能得以保证的前提下，降低汽车的整备质量将会显著提高汽车的动力性、操控性、制动性以及经济性。相关试验研究表明，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可以提升6%-8%，这显示出汽车轻量化在降低燃料消耗、减少废气污染方面具有非常直接的效益。汽车设计的轻量化是我国节能减排战略的需要，更是汽车制造企业提市场高竞争力的现实需求。
　　有限元法作为一种有效的数值计算方法，利用计算得到的结构位移场和应力场。可以作为结构设计的原始判据和结构改进设计的基础，能够比较准确和迅速的计算出各种设计方案的结果，目前己成为汽车设计与研究中的一个重要环节。在汽车工业领域，有限元程序已经被广泛应用，并取得了大量的研究成果，已经成为对汽车设计、研究普遍采用的一种手段。
　　本文以长途客车车身结构轻量化设计为研究对象，采用有限元分析方法，通过建立车身骨架实体模型，在对车身骨架模型进行刚度和模态分析的基础上，分别对车身结构和骨架进行拓扑优化和灵敏度分析。分析结果表明：经过拓扑优化设计使车身骨架质量减轻568kg，但车身骨架刚度相比原车身骨架刚度有所降低，后经基于弯曲刚度和扭转刚度的灵敏度分析，选取合适的24组车身零件组（48个参数）作为优化变量进行尺寸优化，车身刚度有明显提高，并且一阶模态的频率由6.59Hz提升至7.0Hz，增强了对路面激励的隔震效果，最终实现减重22.5%，取得了较好的优化设计效果。论文研究方法可以作为客车车身结构轻量化设计的有效手段，辅助客车车身结构的研制和生产过程。

目录

声明

1 绪论

1.1 国内外客车发展趋势

1.2 国内外相关研究概况及发展趋势

1.3 研究目标与内容

1.4 本章小结

2 有限元分析基本理论及相关软件

2.1 有限元分析基本理论

2.2 有限元分析软件介绍

2.3 本章小结

3 车身骨架模型有限元分析

3.1 车身有限元模型建立

3.2 车身骨架刚度分析

3.3 本章小结

4 模态分析

4.1 模态分析理论

4.2 模态分析结果

4.3 本章小结

5 车身结构的拓扑优化

5.1 车身拓扑优化初始模型建立

5.2 拓扑优化过程

5.3 弯曲工况的拓扑优化结果

5.4 弯扭组合拓扑优化结果

5.5 拓扑分析后车身模型建立

5.6 本章小结

6 车身骨架尺寸优化

6.1 新车身结构性能分析

6.2 尺寸优化

6.3 车身最终模型的性能分析

6.4 优化前后车身的参数对比

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢