电动客车车身骨架应力应变分析与优化设计

摘要

近年来，随着能源和环保问题日益突出，全世界对节能减排形成了共识。在此趋势下，电动公交车作为最清洁的交通工具之一，受到了人们越来越多的重视。但在当今技术条件下纯电动汽车由于电池技术和快速充电技术的制约，仍然存在续航里程不足的问题，由于汽车在行驶时车身重量与汽车的行驶阻力存在直接的关系，因此减轻车身重量可提高纯电动公交客车的能源使用率，这对于解决电动公交客车的续航里程短的问题有重要意义。
　　本文以某型全承载式纯电动公交客车为研究对象，采用板壳单元建立了该车身的有限元模型，对其进行了不同工况下的计算，并进行了实验测试，分析了该车车身骨架的应力和应变分布情况。在上述工作的基础上，运用尺寸优化技术和拓扑优化设计对该车身骨架进行优化设计，包括对客车的底架部分进行了轻量化设计，以及客车的顶盖部分进行了加强设计，并在优化设计后，对优化前后的模型进行了对比分析。
　　通过优化设计，新客车车身底架相对原车身底架质量减少了104.211Kg，取得了较好的轻量化效果。而且在弯曲工况和扭转工况下的最大应力相对于原车身骨架有了明显的降低。客车顶盖部分在拓扑优化后，整体刚度和自振频率均得到提高，说明了此次优化设计具有可靠性和现实意义。
　　本文的研究成果不仅可以为企业的产品设计、改造和优化提供实际的参考和指导，解决企业的实际问题，更重要的是说明了如何利用尺寸优化方法和拓扑优化方法对客车车身骨架进行轻量化设计，为其他类似产品的轻量化设计提供了一些参考。因此，本文的研究成果具有一定的社会效益和良好的经济价值。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究背景

1．3 国内外研究现状

1．3．1 电动车方面

1．3．2 轻量化方面

1．4 课题研究的内容和方法

1．5 本章小结

第二章 车身骨架有限元模型的建立

2．1 有限元方法概述

2．2 有限元分析流程

2．3 建模准备

2．3．1 整车参数

2．3．2 单位制的确定

2．3．3 单元类型及大小的确定

2．4 客车车身骨架有限元模型的建立

2．4．1 几何模型的建立

2．4．2 几何模型的简化

2．4．3 网格的划分

2．4．4 悬架系统的简化

2．4．5 各部件质量的处理

2．4．6 焊接和螺栓连接的处理

2．4．7 有限元模型的规模

2．5 本章小结

第三章 客车车身骨架的静动态分析

3．1 引言

3．2 有限元计算步骤

3．2．1 选择单元的位移函数

3．2．2 单元的力学特性分析

3．2．3 建立整体结构的刚度方程

3．2．4 求解修改后的整体结构刚度方程

3．2．5 由单元的节点位移列阵计算单元应力

3．3 车身骨架的技术指标

3．3．1 强度指标

3．3．2 刚度指标

3．4 水平弯曲工况

3．4．1 约束的处理

3．4．2 计算结果及评价

3．5 极限扭转工况

3．5．1 约束的处理

3．5．2 计算结果及分析

3．6 紧急制动工况

3．6．1 约束的处理

3．6．2 计算结果及分析

3．7 紧急转弯工况

3．7．1 约束的处理

3．7．2 计算结果及分析

3．8 模态分析

3．8．1 模态评价原则

3．8．2 模态分析结果

3．8．3 分析结果讨论

3．9 本章小结

第四章 实车静态实验

4．1 实验方法介绍

4．2 实验目的

4．3 实验设备及测点布置

4．4 实验步骤

4．5 实验结果及分析

4．5．1 实验数据的处理

4．5．2 测试结果

4．5．3 结果及讨论

4．6 本章小结

第五章 车身骨架的优化设计

5．1 引言

5．2 尺寸优化

5．2．1 尺寸灵敏度的定义

5．2．2 相对灵敏度分析

5．2．3 灵敏度计算结果

5．2．4 优化方案

5．2．5 优化前后的对比分析

5．3 拓扑优化

5．3．1 拓扑优化模型的建立

5．3．2 局部拓扑优化结果及解读

5．3．3 优化前后的对比分析

5．3．4 拓扑优化后的模态分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 存在不足与研究展望

6．2．1 存在不足

6．2．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况