基于CAE的汽车发动机罩板材料轻量化研究

摘要

当前,节能、环保、安全、舒适、智能和网络是汽车技术发展的总趋势,尤其是节能和环保更是关系人类可持续发展的重大问题。因此,降低燃油消耗、减少向大气排出CO2有害气体及颗粒已成为世界各国汽车工业发展的重要参考因素。作为提高汽车的节能性和环保性、降低燃油消耗及减少排放最有效的措施之一,汽车轻量化已成为汽车产业发展中的一项关键性研究课题。 当前汽车轻量化研究主要集中于以卜两个途径：一是改进汽车结构,使部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以及内饰、发动机和所有汽车零部件进行结构和工艺改进等。二是采用轻量化的金属和非金属材料,主要是指铝合金、镁合金、高强度钢材、工程塑料、复合材料以及陶瓷等。 本文结合当前国内外汽车材料轻量化发展趋势,以发动机罩板为研究对象,以壳体有限元理论为指导,从结构性能的角度,进行了基于CAE的汽车发动机罩板材料轻量化研究。文章探讨了发动机罩板CAE仿真分析相关壳体有限元理论；根据发动机罩板的形状特征,建立了五种工况作用下的发动机罩板CAE模型；分别选用了ST14钢板、BH340高强度钢板和6016铝合金为发动机罩板材料,其中BH340高强度钢板和6016铝合金为发动机罩板的轻量化替代材料,对这三种材料的发动机罩板的抗弯、抗扭、抗凹性、局部受压和模态等结构性能进行了CAE仿真分析。分析采用ST14钢板材料发动机罩板结构CAE仿真结果为比较标准,将另外两种材料的发动机罩板结构CAE仿真结果与之对比。最终对比结果表明：在保证结构性能不变的情况下,6016铝合金发动机罩板体现了较好的轻量化特性；而BH340高强度钢板较ST14钢板相比由于厚度减薄比例偏高,虽然质量得到一定的减小,但结构性能也有较大的减弱,轻量化效果不是很明显。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1汽车轻量化的意义

1.2汽车轻量化技术内涵及研究现状

1.2.1汽车轻量化技术内涵

1.2.2汽车轻量化材料研究现状

1.3基于CAE的发动机罩板材料轻量化研究概况

1.4文章的课题背景与研究内容

1.4.1文章的课题背景

1.4.2文章的研究内容

第2章轻量化材料发动机罩板CAE分析理论与方法

2.1 CAE的基本概念

2.1.1 CAE分析过程及内容

2.1.2 CAE在汽车产品开发中的作用

2.1.3发动机罩板材料轻量化CAE分析内容

2.2发动机罩板结构有限元分析理论

2.2.1壳体平面问题有限元法

2.2.2平板弯曲问题的有限元法

2.2.3平板壳体的有限元法

2.3模态分析理论基础

2.3.1模态分析理论的基本假设

2.3.2动力学方程和质量方程

2.3.3模态分析特征值问题

2.4本章小结

第3章发动机罩板轻量化材料选择及CAE工况建模方案

3.1汽车发动机罩板轻量化材料选择方案

3.1.1高强度钢发动机罩板材料选用

3.1.2铝合金发动机罩板材料选用

3.2发动机罩板CAE建模

3.2.1 HYPERMESH、ABQUS软件简介

3.2.2发动机罩板CAE建模流程

3.3发动机罩CAE模型分析工况研究

3.3.1发动机罩内板弯曲工况分析

3.3.2发动机罩内板扭转工况分析

3.3.3发动机罩板抗凹性工况分析

3.3.4发动机罩板局部受压变形工况分析

3.3.5发动机罩板模态分析

3.4本章小结

第4章传统钢板发动机罩板CAE仿真分析

4.1发动机罩板CAE分析中应注意的几个关键问题

4.1.1发动机罩CAE仿真分析壳单元类型的选取

4.1.2 ABAQUS分析步定义

4.1.3接触定义

4.1.4内外板连接定义

4.2 ST14钢板发动机罩板基本CAE参数定义

4.3 ST14钢板发动机罩板CAE仿真结果

4.3.1 ST14钢板发动机罩板弯曲仿真

4.3.2 ST14钢板发动机罩板扭转仿真

4.3.3 ST14钢板发动机罩板抗凹性仿真

4.3.4 ST14钢板发动机罩板局部受压变形仿真分析

4.3.5 ST14钢板发动机罩板模态分析

4.4本章小结

第5章轻量化材料发动机罩板CAE仿真分析及结果对比

5.1 BH340钢板发动机罩板CAE仿真

5.1.1 BH340钢板发动机罩板基本CAE参数定义

5.1.2 BH340钢板发动机罩板弯曲CAE仿真

5.1.3 BH340钢板发动机罩板扭转CAE仿真

5.1.4 BH340钢板发动机罩板抗凹性CAE仿真

5.1.5 BH340钢板发动机罩板局部受压变形仿真分析

5.1.6 BH340钢板发动机罩板模态分析

5.2 6016铝合金发动机罩板CAE仿真

5.2.1 6016铝合金发动机罩板基木CAE参数定义

5.2.2 6016销合金发动机罩板弯曲CAE仿真

5.2.3 6016铝合金发动机罩板扭转CAE仿真

5.2.4 6016铝合金发动机罩板抗凹性CAE仿真

5.2.5 6016铝合金发动机罩板局部受压变形仿真分析

5.2.6 6016铝合金发动机罩板模态分析

5.3不同材料CAE仿真结果对比评价及分析

5.3.1不同材料发动机罩板弯扭特性CAE分析结果对比

5.3.2不同材料发动机罩板抗凹性CAE分析结果对比

5.3.3不同材料发动机罩板局部受压CAE分析结果对比

5.3.4不同材料发动机罩板模态CAE分析结果对比

5.3.5不同材料发动机罩板轻量化CAE分析结果评价

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果