全承载式客车车身结构优化设计

摘要

全承载式车身结构主要是由小断面矩形钢管焊接而成，承载能力强，在结构安全性、结构稳定性、乘坐舒适性、节能环保方面优势明显，目前普遍应用于高等级客运客车以及城市公交客车。本文结合优化设计方法与有限元法对全承载式车身进行了轻量化设计：首先运用拓扑优化设计确定了车身骨架的基本布局形式；其次在拓扑优化计算结果的基础上开展了尺寸优化设计；最后制定车身结构评价指标要求，在四种典型工况下对车身结构进行了静力学分析验证。具体研究工作内容如下：　　（1）阐述了全承载式车身结构研究现状，总结归纳了有限元法基本理论和结构优化设计基本方法。并对照产品设计流程中的详细设计、基本设计和概念设计，制定了以轻量化为目标的全承载式车身结构优化设计方案。　　（2）在水平弯曲工况下建立了以车身质量最小为目标函数的拓扑优化数学模型，通过对拓扑优化计算结果进行分析解读，得到了车身结构的基本传力路径，最终确定了车身骨架的基本布局形式。参考目前车身常用型材类型，完成了车身结构的初步设计。并且针对该初步设计方案进行了静力分析计算，结果表明车身骨架结构的强度和刚度均满足设计要求，为下一步的尺寸优化设计奠定了基础。　　（3）在型钢截面尺寸灵敏度分析的基础上，确定了尺寸设计变量对车身骨架质量的影响程度，并提出了一种分层尺寸优化方案。经过三层次尺寸优化，完成了车身骨架的详细尺寸设计，得到了一种新型全承载式轻量化车身骨架结构。　　（4）在客车的四种典型工况下，以车身强度和刚度为评价指标，对新型车身结构进行了有限元分析验证。针对极限扭转工况下出现的应力集中现象，对车身结构进行了局部加强处理。经过局部加强处理后的全承载式新型车身结构质量为1313Kg。

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1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源

1.4 本文主要研究内容

2 结构优化设计技术理论

2.1 结构优化设计基本方法

2.2 有限元法基本理论

2.3 车身结构优化设计方案

2.4 本章小结

3 全承载式车身拓扑优化设计

3.1 拓扑优化数学模型建立

3.2 车身结构拓扑优化设计

3.3 拓扑结构有限元分析验证

3.4 本章小结

4 全承载式车身尺寸优化设计

4.1 灵敏度分析理论

4.2 分层尺寸优化设计方案

4.3 尺寸优化数学模型建立

4.4车身结构尺寸优化设计

4.5 本章小结

5 新型全承载式车身静力学分析

5.1 车身结构评价指标

5.2 水平弯曲工况

5.3 紧急制动工况

5.4 紧急转弯工况

5.5 极限扭转工况

5.6 车身结构改进

5.7 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文结论

6.2 研究展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢