基于拓扑优化和尺寸优化的客车骨架轻量化设计
发布时间：2021-06-13 13:52
近年来,随着我国公路网建设的逐步完善,通车里程逐年增长,城市之间,城乡之间的交流日益频繁,客车作为人们出行的重要工具,其安全性和环保性也日益受到人们的重视,研究表明,对客车进行轻量化设计能有效降低客车的能源消耗,减少尾气的排放量,但轻量化设计也会对客车的基本性能产生重要的影响。如何在保证客车基本性能的前提下,应用结构优化的方法,对客车车身骨架进行轻量化设计,是本文研究的主要内容。本文主要从以下几个方面开展工作。论文首先建立了车身骨架的数值模型,并利用数值分析的方法对客车骨架的模态、刚度、强度等基本性能进行分析,发现客车在典型工况下应力集中现象明显,各个总成的骨架均有一定的轻量化设计空间。针对这一情况,本文采用一种对典型工况进行线性加权的拓扑优化方法,选取其中的一块应力集中区域,即底架中部的乘客站立区的骨架结构,对其进行轻量化设计改进,改进后使该局部区域的方钢质量由81.7kg减少至54.5kg,质量减幅达33.4%,并改进了身骨架的力学性能。为了进一步实现轻量化设计,本文进一步应用多目标尺寸优化的方法对车身骨架进行改进研究。在尺寸优化的前期,采取了模块化分组的思想,并基于灵敏度分析计算...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
奥迪A8(D5)车身材料的分布
的王皎应用 ANSYS 的数值优化模块对某重型车的车架法进行改进，一定程度上改善了车架的扭转刚度[19]。高云行拓扑优化，优化后使轿车质量减轻 49kg，取得了一定良进采用全板壳的有限元模型，对货车车架进行拓扑优化果[21]。 2009 年，苏瑞意等[22-24]研究了基于遗传算法的离码规则、个体识别技术和寻优策略[11]。
仅减轻了车门的质量，还有效的提高了车身的刚度和固有频率； 2010 年，桂良进、苏瑞意等[32-35]应用尺寸优化分别对越野车和大客车进行优化改进，优化后的汽车减重效果明显。2015 年，李奇、张勇等[36]基于灵敏度的方法对客车骨架进行分块，有效减少了尺寸优化的设计维度，之后用多目标尺寸优化的方法对客车骨架进行优化设计，在保证客车安全性能的情况下，成功的使骨架质量减轻460kg，这种模块化分组的思想为复杂结构的尺寸优化设计提供了一种新思路。1.5 论文主要研究内容和课题来源客车轻量化对节能，减排，节约制造成本具有重要意义，由于客车车身骨架结构复杂，大规模使用轻量化材料或者先进成型工艺无疑会大幅度提高客车的制造成本，增加企业负担。相对来说，应用结构优化的方法改进方钢的布置位置或者选取合适的截面厚度在节约成本方面，往往更具有可行性。本文主要应用拓扑优化和尺寸优化的方法，对客车骨架轻量化的优化改进进行相关探索，在不影响客车主要性能的情况下，对车身骨架进行轻量化设计，本文主要采用的技术路线如图 1.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]客车骨架局部结构的多工况拓扑优化设计[J]. 王文甲,吴长风,张勇,沈剑云,卢琳兆,沈斯哲. 客车技术与研究. 2018(01)
[2]基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化[J]. 朱维兵,巫发茂,晏静江,王和顺. 现代制造工程. 2018(02)
[3]多学科与多材料匹配的客车车身轻量化优化设计[J]. 徐翔,张勇,林继铭,曾意,葛平政. 华侨大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]基于刚度的某客车骨架灵敏度分析与结构优化[J]. 詹斌,李芹,陶砾莹. 客车技术与研究. 2015(05)
[5]灵敏度分析的客车车身模块重构与结构轻量化优化设计[J]. 李奇,张勇,张成,周莎. 华侨大学学报(自然科学版). 2015(04)
[6]基于梯度强度立柱的客车侧翻安全性多目标优化设计[J]. 周莎,张勇,张成,李奇. 华侨大学学报(自然科学版). 2015(03)
[7]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[8]基于SIMP理论的电动汽车车身多目标拓扑优化[J]. 谢伦杰,张维刚,常伟波,崔杰. 汽车工程. 2013(07)
[9]基于电子样机技术的客车设计与开发[J]. 刘兆剑,熊欣. 客车技术与研究. 2011(05)
[10]大客车车身骨架结构强度分析[J]. 吴长风. 客车技术与研究. 2010(05)
硕士论文
[1]基于模块化和多胞结构的客车车身轻量化多目标优化设计[D]. 李奇.华侨大学 2016
[2]基于局部拓扑优化的客车车身轻量化研究[D]. 徐梓雯.吉林大学 2013
[3]大型客车车身骨架结构分析与轻量化研究[D]. 左向南.哈尔滨工业大学 2011
[4]模块化设计理论及在客车车身设计中的应用研究[D]. 戴声良.合肥工业大学 2007
[5]重型货车车架结构的拓扑优化设计[D]. 巢媛.重庆大学 2007
[6]重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究[D]. 王皎.武汉理工大学 2005
本文编号：3227647
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
奥迪A8(D5)车身材料的分布
的王皎应用 ANSYS 的数值优化模块对某重型车的车架法进行改进，一定程度上改善了车架的扭转刚度[19]。高云行拓扑优化，优化后使轿车质量减轻 49kg，取得了一定良进采用全板壳的有限元模型，对货车车架进行拓扑优化果[21]。 2009 年，苏瑞意等[22-24]研究了基于遗传算法的离码规则、个体识别技术和寻优策略[11]。
仅减轻了车门的质量，还有效的提高了车身的刚度和固有频率； 2010 年，桂良进、苏瑞意等[32-35]应用尺寸优化分别对越野车和大客车进行优化改进，优化后的汽车减重效果明显。2015 年，李奇、张勇等[36]基于灵敏度的方法对客车骨架进行分块，有效减少了尺寸优化的设计维度，之后用多目标尺寸优化的方法对客车骨架进行优化设计，在保证客车安全性能的情况下，成功的使骨架质量减轻460kg，这种模块化分组的思想为复杂结构的尺寸优化设计提供了一种新思路。1.5 论文主要研究内容和课题来源客车轻量化对节能，减排，节约制造成本具有重要意义，由于客车车身骨架结构复杂，大规模使用轻量化材料或者先进成型工艺无疑会大幅度提高客车的制造成本，增加企业负担。相对来说，应用结构优化的方法改进方钢的布置位置或者选取合适的截面厚度在节约成本方面，往往更具有可行性。本文主要应用拓扑优化和尺寸优化的方法，对客车骨架轻量化的优化改进进行相关探索，在不影响客车主要性能的情况下，对车身骨架进行轻量化设计，本文主要采用的技术路线如图 1.3 所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]客车骨架局部结构的多工况拓扑优化设计[J]. 王文甲,吴长风,张勇,沈剑云,卢琳兆,沈斯哲. 客车技术与研究. 2018(01)
[2]基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化[J]. 朱维兵,巫发茂,晏静江,王和顺. 现代制造工程. 2018(02)
[3]多学科与多材料匹配的客车车身轻量化优化设计[J]. 徐翔,张勇,林继铭,曾意,葛平政. 华侨大学学报(自然科学版). 2017(03)
[4]基于刚度的某客车骨架灵敏度分析与结构优化[J]. 詹斌,李芹,陶砾莹. 客车技术与研究. 2015(05)
[5]灵敏度分析的客车车身模块重构与结构轻量化优化设计[J]. 李奇,张勇,张成,周莎. 华侨大学学报(自然科学版). 2015(04)
[6]基于梯度强度立柱的客车侧翻安全性多目标优化设计[J]. 周莎,张勇,张成,李奇. 华侨大学学报(自然科学版). 2015(03)
[7]汽车轻量化技术的研究与进展[J]. 范子杰,桂良进,苏瑞意. 汽车安全与节能学报. 2014(01)
[8]基于SIMP理论的电动汽车车身多目标拓扑优化[J]. 谢伦杰,张维刚,常伟波,崔杰. 汽车工程. 2013(07)
[9]基于电子样机技术的客车设计与开发[J]. 刘兆剑,熊欣. 客车技术与研究. 2011(05)
[10]大客车车身骨架结构强度分析[J]. 吴长风. 客车技术与研究. 2010(05)
硕士论文
[1]基于模块化和多胞结构的客车车身轻量化多目标优化设计[D]. 李奇.华侨大学 2016
[2]基于局部拓扑优化的客车车身轻量化研究[D]. 徐梓雯.吉林大学 2013
[3]大型客车车身骨架结构分析与轻量化研究[D]. 左向南.哈尔滨工业大学 2011
[4]模块化设计理论及在客车车身设计中的应用研究[D]. 戴声良.合肥工业大学 2007
[5]重型货车车架结构的拓扑优化设计[D]. 巢媛.重庆大学 2007
[6]重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究[D]. 王皎.武汉理工大学 2005
本文编号：3227647
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