纯电动城市客车车架有限元分析及轻量化设计

发布时间：2020-10-23 23:08

　　 资源短缺、环境恶化使新能源汽车成为人们关注焦点。新能源汽车普遍采用纯电动或混合动力,特别是纯电动汽车因其零排放与理想的节能效果而备受关注。汽车轻量化设计可以提高整车性能,达到节能减排的目的,因此对纯电动城市客车进行基于有限元分析基础上的轻量化设计,具有很好意义。针对某纯电动城市客车车架,在SolidWorks三维建模软件中建立车架三维模型,将车架模型导入ANSYS SpaceClaim中抽取中间面,简化模型,在HyperMesh中进行几何清理、划分网格等有限元前处理。将处理完成的模型导入ANSYS Mechanical中进行静强度计算;导入RADIOSS中进行模态分析。分析结果表明,扭转工况是车架应力条件最差的工况,最大应力为170.04MPa;车架一阶模态频率为5.76Hz,避开了路面激振频率,而第八阶模态频率为31.90Hz,与客车传动轴频率相近,因此提出需要优化。为提高有限元分析的准确性,提出在ADAMS/car中搭建客车的整车模型,提取客车载荷的动载荷,基于动载荷对车架进行仿真分析。在ADAMS/Car中搭建整车模型,导入C级路面模型,提取扭转工况以及满载弯曲工况下与车架连接的各载荷的动态载荷峰值力,将动态载荷力加载到车架的有限元模型中,对车架进行有限元分析。分析结果表明,基于动态载荷的车架最大应力为196.8MPa,车架有较大的优化空间。在Optistruct中,以车架质量最小为优化目标,以某些应力条件好、变形小的梁为优化设计变量,以车架的应力、位移以及模态为响应,对车架进行多目标优化,使优化后的车架质量减轻13.53%。对优化后的车架进行强度、刚度以及模态校核。分别校核满载弯曲、扭转、紧急制动、急转弯等四个工况,发现最大应力发生在急转弯工况,为202.00MPa,此时安全系数为1.70,最大变形为7.65mm;观察模态分析结果,车架一阶模态频率为6.21Hz,第七阶模态频率为26.97Hz,第八阶模态频率为33.15Hz,能够避开路面激振频率1~3Hz以及传动轴激励30Hz。结果表明,轻量化后的车架满足各方面要求。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 有限元分析在汽车车架上的研究现状
        1.2.2 汽车多体动力学研究现状
        1.2.3 汽车轻量化研究现状
    1.3 研究内容
第二章 纯电动城市客车车架有限元分析
    2.1 纯电动城市客车整车参数
    2.2 纯电动城市客车车架有限元建模
        2.2.1 纯电动城市客车车架三维模型建立
        2.2.2 纯电动城市客车车架模型简化与中间面抽取
        2.2.3 纯电动城市客车车架有限元模型建立
    2.3 纯电动城市客车车架有限元载荷与边界条件
        2.3.1 纯电动城市客车车架有限元载荷
        2.3.2 纯电动城市客车车架有限元边界条件
        2.3.3 纯电动城市客车车架有限元分析结果
    2.4 纯电动城市客车车架模态分析
        2.4.1 模态分析理论
        2.4.2 纯电动城市客车车架模态分析
    2.5 本章小结
第三章 基于Adams/Car城市客车车架动载荷有限元分析
    3.1 纯电动城市客车整车模型建立
        3.1.1 车身模型建立
        3.1.2 悬架系统结构建立
        3.1.3 转向系统
        3.1.4 前后轮胎模型建立
        3.1.5 乘客及其他部件模型建立
    3.2 路面模型
        3.2.1 道路谱
        3.2.2 建立路面模型
    3.3 纯电动城市客车的虚拟样机仿真
        3.3.1 满载弯曲动态峰值力提取
        3.3.2 扭转工况动态峰值力提取
    3.4 基于获得动态峰值力的纯电动城市客车车架有限元分析
    3.5 本章小结
第四章 纯电动城市客车车架轻量化设计
    4.1 优化设计理论基础
    4.2 纯电动城市客车车架多目标优化分析
        4.2.1 纯电动城市客车车架多目标优化模型
        4.2.2 纯电动城市客车车架多目标优化结果
    4.3 纯电动城市客车车架多目标优化结果评价
        4.3.1 结构强度与刚度校核
        4.3.2 模态分析
    4.4 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间的研究成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2853673