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某纯电动客车钢铝组合车架强度及基于随机振动的疲劳特性分析

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内电动汽车发展及研究概况

1.2.2 国外电动汽车发展及研究概况

1.3 本文主要研究内容

第二章 车身骨架结构有限元建模

2.1 引言

2.2 建模准备

2.2.1 某纯电动客车车身骨架基本结构

2.2.2 模型的简化

2.2.3 单位制选择

2.2.4 建模方法选择

2.3 车身骨架结构有限元模型建模

2.3.1 车身骨架几何模型建模

2.3.2 车身骨架有限元模型建模

2.4 车身骨架质量载荷的施加

2.5 本章小结

第三章 车身骨架结构有限元静态分析

3.1 引言

3.2 弯曲工况

3.2.1 约束处理

3.2.2 载荷的施加

3.2.3 计算结果及分析

3.2.4 结果评价

3.3 起动工况

3.3.1 约束处理

3:3.2 载荷的施加

3.3.3 计算结果及分析

3.3.4 结果评价

3.4 制动工况

3.4.1 约束处理

3.4.2 载荷的施加

3.4.3 计算结果及分析

3.4.4 结果评价

3.5 转弯工况

3.5.1 约束处理

3.5.2 载荷的施加

3.5.3 计算结果及分析

3.5.4 结果评价

3.6 扭转工况

3.6.1 约束处理

3.6.2 载荷的施加

3.6.3 计算结果及分析

3.6.4 结果评价

3.7 本章小结

第四章 车身骨架模态分析

4.1 引言

4.2 模态分析基本原理

4.3 车身骨架模态分析评价原则

4.4 整车车身骨架模态分析

4.4.1 边界条件的施加

4.4.2 模态结果

4.4.3 模态分析结果评价

4.5 本章小结

第五章 钢铝组合车身骨架的随机振动特性分析

5.1 引言

5.2 随机振动理论

5.3 ANSYS谱分析方法及步骤

5.4 路面随机激励下的客车骨架随机振动分析

5.4.1 路面不平度功率载荷谱的确定

5.4.2 随机振动分析结果

5.4.3 随机振动数据分析

5.5 本章小结

第六章 基于随机振动的车身骨架疲劳强度分析

6.1 引言

6.2 疲劳分析方法概述

6.3 有限寿命疲劳分析基础

6.3.1 材料的S-N曲线

6.4 基于随机振动的车身骨架疲劳寿命分析

6.4.1 随机载荷作用下的疲劳计算方法

6.4.2 车身骨架疲劳寿命计算

6.5 本章小结

第七章 钢铝组合车身结构的优化研究

7.1 引言

7.2 优化改进方法

7.2.1 顶棚及侧围结构改进方案

7.2.2 底架结构的改进方案

7.3 改进前后钢铝组合车身结构分析结果对比

7.3.1 改进前后强度对比分析

7.3.1 改进前后变形对比分析

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 论文展望

参考文献

硕士期间参与项目及发表论文

致谢

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摘要

随着全球能源的不断枯竭、环境的日益恶化以及交通拥堵问题的日益突出,节能、环保的纯电动城市公交车快速的走入了人们的日常生活中,并且越来越受到人们的关注。而它的安全性能、疲劳寿命以及轻量化方面也成为众多的科研机构及车企的研究重点。
  本文以某型纯电动公交车的钢铝组合车身骨架结构为研究对象,根据有限元分析方法,利用ANSYS对车身骨架结构进行静强度、模态、随机振动及疲劳寿命的分析,最后根据静强度的分析结果进行结构的优化。具体的研究内容有:
  (1)建立所研究的钢铝组合车身骨架结构的有限元模型。根据已有的图纸和数据,在CATIA中分模块建立底架、顶棚、左侧围、右侧围、前围及后围的三维几何模型,导入至hypermesh中建立钢铝组合车身骨架结构的有限元模型。
  (2)钢铝组合车身骨架结构的静强度分析。对公交车在实际运行过程中的五种典型工况:弯曲工况、起动工况、制动工况、右转弯工况以及扭转工况,详细的进行了钢铝组合车身骨架结构的强度及刚度的计算分析,得到各种工况下的车身骨架结构的应力及变形情况,并做出相对应的评价,同时也为后面的优化改进提供改进的方向。
  (3)基于随机振动的钢铝组合车身骨架结构的疲劳寿命分析。首先是进行模态的分析,求得结构的前20阶固有频率和振型。在模态分析的基础上进行结构的随机振动分析,得到最大变形处的位移、速度及加速度的功率谱密度曲线,同时也得到了所研究的钢铝组合车身骨架中钢结构部分及铝合金结构部分的1σ应力值。最后利用所得到的1σ应力值,根据Steinberg提出的基于高斯分布和Miner线性疲劳累积损伤法则的三区间法,计算钢结构部分和铝合金结构部分的疲劳寿命值,从而得到整个车身骨架的疲劳寿命值。
  (4)基于静强度分析的车身骨架结构的优化。基于前面的静强度分析结果,根据设计人员的经验对车身骨架结构进行局部的改进,在保证强度和刚度的基础上,使得结构的应力及变形分布更加均匀,同时达到减轻车身骨架重量的目的。

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