电动客车铆接车身骨架有限元分析及轻量化设计

摘要

汽车工业是现代社会的支柱产业，随着汽车产销量的不断增加，石油资源短缺和环境污染的问题日益严重，大力发展和推广纯电动汽车成为当前社会的重要责任。而电动客车车身骨架作为电动客车的主要承载部件，所占电动客车总质量百分比最大，因此对电动客车车身骨架进行轻量化研究对减少电动客车总质量，对延长续驶里程，改善动力性具有十分重要的意义。
　　本文以某公司客车研究开发的电动客车HFF6129G03EV的钢铝铆接车身骨架为研究对象，结合客车骨架的三维UG模型，在HyperWorks有限元软件中建立包括铝车身与钢底架铆接区域螺栓在内的客车骨架有限元模型，分析了客车车身在水平弯曲、紧急制动、紧急转弯、极限扭转工况下的应力分布和应变状况，然后综合评价了车身骨架强度与刚度性能和车身与底架铆接螺栓的强度，同时，对车身骨架结构进行模态分析，得到低阶模态下车身骨架的固有频率和振型，掌握其动态特性，分析得出客车底架具有轻量化的余地。
　　利用电阻应变片的特性，通过对该车身进行静态电测试验，测得车身骨架关键点处的应力情况，与有限元分析的结果进行对比，发现理论运算值和试验测量值二者之间的误差，但误差在允许的范围内，试验表明本文中建立的电动客车车身有限元模型比较准确。
　　在此基础上，在OptiStruct有限元软件中建立了客车底架的优化模型，对客车底架主要部件的板厚进行了灵敏度分析，运用相对灵敏度进行设计变量的筛选后，对客车底架进行轻量化设计，并对轻量化前后的车身骨架进行了静态分析和模态分析，对比轻量化前后车身骨架的刚度、强度以及动态特性。分析表明轻量化方案可行。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 客车轻量化的国内外研究现状

1．3．1 汽车轻量化的历史

1．3．2 客车车身结构轻量化的研究现状

1．4 研究内容

1．5 本章小结

第二章 客车铆接车身骨架有限元模型的建立

2．1 有限元概述

2．1．1 有限元单元法

2．1．2 有限元分析的基本过程

2．2 客车有限元模型的建立

2．2．1 电动客车车身结构特点

2．2．2 单位制及材料性能

2．2．3 客车模型的简化

2．2．4 网格的划分

2．2．5 悬架的模拟

2．2．6 载荷的处理

2．3 铆接螺栓的有限元模型建立

2．3．1 整车螺栓分布与网格划分

2．3．2 不同网格之间连接的处理方式

2．3．3 螺栓接触分析模型的建立

2．4 本章小结

第三章 客车铆接车身骨架的静态分析

3．1 客车车身强度与刚度技术指标

3．1．1 强度技术指标

3．1．2 刚度技术指标

3．2 水平弯曲工况静态分析

3．2．1 客车车身骨架分析

3．2．2 客车铆接螺栓强度分析

3．3 紧急制动工况静态分析

3．3．1 客车车身骨架分析

3．3．2 客车铆接螺栓强度分析

3．4 紧急转弯工况静态分析

3．3．2 紧急转弯工况客车客车骨架分析

3．4．2 紧急转弯工况客车铆接螺栓强度分析

3．5 极限扭转工况静态分析

3．5．1 客车车身骨架分析

3．5．2 极限扭转工况客车铆接螺栓强度分析

3．6 四种工况的比较分析

3．7 本章小结

第四章 客车铆接车身骨架的模态分析

4．1 模态分析概述

4．2 客车车身骨架的模态分析

4．3 结果评价

4．4 本章小结

第五章 客车铆接车身骨架的静态电测试验

5．1 试验概述

5．1．1 试验主要仪器及设备

5．1．2 测试方法及原理

5．1．3 测点的布置

5．2 试验准备

5．3 试验内容

5．4 试验结果分析

5．4．1 试验数据的处理

5．4．2 试验结果

5．4．3 结果及讨论

5．5 本章小结

第六章 基于灵敏度分析的客车底架轻量化设计

6．1 优化与灵敏度分析的理论基础

6．2 优化模型的建立

6．3 底架的灵敏度分析

6．4 底架轻量化设计评价与对比

6．4．1 静态分析

6．4．2 模态分析

6．5 本章总结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况