全承载式纯电动客车骨架结构轻量化设计
发布时间：2022-01-12 07:53
随着世界能源日益枯竭以及全球环境变化,节能减排成为了各个行业的首要目标。对于客车行业,纯电动客车车身骨架的轻量化设计对节能减排战略具有极为重要的意义。客车轻量化主要有三种方法:优化设计方法、新型材料技术、先进的制造工艺及其连接技术。本文将结合以上方法对某款纯电动大客车车身骨架进行轻量化设计。通过UG三维绘图软件建立纯电动大客车车身骨架CAD模型,将CAD模型导入Hypermesh软件建立有限元模型。并通过有限元方法对纯电动大客车车身骨架进行模态分析、刚度分析以及强度分析。通过分析可得:该纯电动大客车车身骨架存在刚度值较低,且局部应力过大等现象。因此本文先通过拓扑优化设计最大限度提高整车骨架刚度性能,并对标企业标准使刚度性能有一定余量。再通过相对灵敏度分析的尺寸优化结合钢铝混合材料实现纯电动大客车整车骨架的轻量化设计。由于车身骨架结构简单、方钢搭建较为成熟且拓扑空间较小,因此本文只对纯电动大客车的底架进行拓扑优化。采用SIMP差值的变密度法以体积分数为约束条件,以柔度最小为目标函数,对纯电动大客车底架进行多工况线性加权的拓扑优化。根据第一轮拓扑优化结果进行传力分析,局部扩大拓扑空间后展开...
【文章来源】：厦门理工学院福建省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＣＯ排放量在各类交通工具中所占比例关系??对于汽车自重与燃油消耗率之间的关系，国内外学者与机构做了大量的相关研究，??［４］
?厦门理工学院硕士学位论文???过中面抽娶几何清理、单位统一、网格划分、单元连接、材料属性等六个步骤建立客??车骨架结构有限元模型。??其次对该全承载式纯电动客车骨架结构进行刚度分析、强度分析和模态分析等力学??性能分析。其中刚度分析主要包括弯曲刚度和扭转刚度值；强度分析主要包括典型五工??况下客车骨架结构局部的最大应力值；模态分析主要包括低阶模态频率和模态振型。为??后面的轻量化设计提供了对比数据。??然后采用ＳＩＭＰ差值的变密度法以体积分数为约束条件，以柔度最小为目标函数，??对纯电动大客车底架进行多工况线性加权的拓扑优化。根据拓扑结果进行相关骨架的方??钢搭建，并对比拓扑前后的刚度值和骨架质量。??最后基于相对灵敏度分析的钢铝混合车身进行尺寸优化。主要包括：钢、铝矩形薄??壁梁力学性能分析确定铝合金截面的使用；客车骨架结构的相对灵敏度分析确定铝合金??材料的具体分布位置；客车骨架结构的尺寸优化确定材料截面厚度的具体参数。并对比??尺寸优化前后的刚度值和骨架质量。??客车骨架三维建模＝３客车骨架有限元建模???ｉｚ???￣￣底架拓扑优化??重建底架有限元模型??后性能对比＾＞???＼７?ｖ?’??基于相对灵敏度的钢??铝混合车身尺￥优化??ＩＩ??结束??图１－３全承载式纯电动客车骨架结构轻量化研宄路线图??８??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动客车底架的拓扑优化设计[J]. 孙斌,吴长风,于国飞,沈斯哲,叶松奎. 客车技术与研究. 2019(05)
[2]钢铝混合客车车身结构扭转刚度的改进研究[J]. 夏慧腾,兰凤崇,陈吉清. 机械设计与制造. 2018(11)
[3]全铝及钢-铝混合车身轻量化连接技术[J]. 张林阳. 汽车工艺与材料. 2018(07)
[4]多工况结构拓扑优化的灰色权重折衷规划模型法[J]. 秦浩星,杨德庆. 力学季刊. 2018(02)
[5]车身轻量化技术[J]. 郎勇. 汽车实用技术. 2018(05)
[6]基于NSGA-Ⅱ算法的客车底架的离散拓扑优化[J]. 高云凯,段少东. 同济大学学报(自然科学版). 2017(11)
[7]基于动态峰值力的客车骨架轻量化研究[J]. 周美施,尹怀仙,张铁柱,张洪信,刘高君. 现代制造工程. 2017(05)
[8]基于自适应随机抽样敏度分析的双向渐进结构优化方法[J]. 宋健,温卫东,张宏建. 航空动力学报. 2013(09)
[9]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)
[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)
博士论文
[1]白车身前端结构—材料—性能一体化轻量化多目标协同优化设计[D]. 王传青.吉林大学 2016
[2]基于多学科优化设计方法的白车身轻量化研究[D]. 卢放.吉林大学 2014
[3]基于现代设计方法和提高整车碰撞安全性的车身轻量化研究[D]. 陈晓斌.吉林大学 2011
[4]面向汽车轻量化设计的关键技术研究[D]. 胡朝辉.湖南大学 2010
[5]多材料结构汽车车身轻量化设计方法研究[D]. 崔新涛.天津大学 2007
硕士论文
[1]电动大客车车身结构安全性分析与轻量化优化[D]. 刘雨畅.吉林大学 2017
[2]纯电动客车铝合金车身的设计与分析[D]. 刘天宇.重庆大学 2017
[3]框架式电动汽车结构及部件优化设计与性能评价[D]. 郭威.华南理工大学 2017
[4]客车车身骨架中段采用铝合金材料的车身结构有限元分析与优化[D]. 赵文亮.长安大学 2016
[5]某型客车车身骨架轻量化设计与研究[D]. 何亚运.合肥工业大学 2016
[6]纯电动大客车骨架结构轻量化多目标优化设计[D]. 毛爱华.吉林大学 2015
[7]基于拓扑优化的纯电动公交客车车身结构设计及结构分析[D]. 文光辉.重庆大学 2015
[8]全承载全铝客车车身轻量化研究[D]. 彭湖.湖南大学 2012
[9]钢铝混合车身结构件的材料优化匹配研究[D]. 黄信宏.华南理工大学 2012
[10]汽车车身用新型6000系铝合金板材性能研究[D]. 王安东.大连理工大学 2011
本文编号：3584409
【文章来源】：厦门理工学院福建省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?ＣＯ排放量在各类交通工具中所占比例关系??对于汽车自重与燃油消耗率之间的关系，国内外学者与机构做了大量的相关研究，??［４］
?厦门理工学院硕士学位论文???过中面抽娶几何清理、单位统一、网格划分、单元连接、材料属性等六个步骤建立客??车骨架结构有限元模型。??其次对该全承载式纯电动客车骨架结构进行刚度分析、强度分析和模态分析等力学??性能分析。其中刚度分析主要包括弯曲刚度和扭转刚度值；强度分析主要包括典型五工??况下客车骨架结构局部的最大应力值；模态分析主要包括低阶模态频率和模态振型。为??后面的轻量化设计提供了对比数据。??然后采用ＳＩＭＰ差值的变密度法以体积分数为约束条件，以柔度最小为目标函数，??对纯电动大客车底架进行多工况线性加权的拓扑优化。根据拓扑结果进行相关骨架的方??钢搭建，并对比拓扑前后的刚度值和骨架质量。??最后基于相对灵敏度分析的钢铝混合车身进行尺寸优化。主要包括：钢、铝矩形薄??壁梁力学性能分析确定铝合金截面的使用；客车骨架结构的相对灵敏度分析确定铝合金??材料的具体分布位置；客车骨架结构的尺寸优化确定材料截面厚度的具体参数。并对比??尺寸优化前后的刚度值和骨架质量。??客车骨架三维建模＝３客车骨架有限元建模???ｉｚ???￣￣底架拓扑优化??重建底架有限元模型??后性能对比＾＞???＼７?ｖ?’??基于相对灵敏度的钢??铝混合车身尺￥优化??ＩＩ??结束??图１－３全承载式纯电动客车骨架结构轻量化研宄路线图??８??
?第二章客车骨架结构有限元建模???Ｕ?：?Ｉ＇?＝＝：ｚ＾ｒｒｆｇＲ??ｒｚ＂７＾ｊ〇?ｓ?ｉ??Ｌ?．７ｄ?＾??乂?：Ｓ；????图２－１全承载式纯电动客车平面图??对该全承载式纯电动客车骨架结构的六大片分别进行建模，然后将各大片装配在一??起。利用ＡｕｔｏＣＡＤ软件给出二维图纸，然后在ＵＧ软件中进行三维建模。该纯电动客??车骨架结构几何模型如图２－２所示。??图２－２全承载式纯电动客车骨架结构几何模型??２．４客车骨架结构有限元模型的建立??要想得到更加精确的有限元分析结果，就需要建立一个较高质量的有限元模型。建??子客车骨架结构几何模型后，可以通过Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ前处理软件导入几何模型进而建立??客车骨架结构有限元模型。建立一个客车骨架结构有限元模型，一般分为：中面抽娶??几何清理、单位统一、网格划分、单元连接、材料属性六个步骤。??２．４．１中面抽取??有限元方法是将整个求解区域离散成有限多个由节点互相连接的单元，然后再对每??个单元求近似解，进而得出整个求解区域的近似解。而单元可以分为：梁单元、壳单元??和实体单元。一般的将一个方向的长度远大于其他两个方向上的单元称之为梁单元，比??例约为１０：１，所以梁单元可以定义不同截面形状；将一个方向的长度远小于其他两个方??向上的单元称之壳单元，比例约为１：１０，所以壳单元可以定义方向上的厚度。在客车骨??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯电动客车底架的拓扑优化设计[J]. 孙斌,吴长风,于国飞,沈斯哲,叶松奎. 客车技术与研究. 2019(05)
[2]钢铝混合客车车身结构扭转刚度的改进研究[J]. 夏慧腾,兰凤崇,陈吉清. 机械设计与制造. 2018(11)
[3]全铝及钢-铝混合车身轻量化连接技术[J]. 张林阳. 汽车工艺与材料. 2018(07)
[4]多工况结构拓扑优化的灰色权重折衷规划模型法[J]. 秦浩星,杨德庆. 力学季刊. 2018(02)
[5]车身轻量化技术[J]. 郎勇. 汽车实用技术. 2018(05)
[6]基于NSGA-Ⅱ算法的客车底架的离散拓扑优化[J]. 高云凯,段少东. 同济大学学报(自然科学版). 2017(11)
[7]基于动态峰值力的客车骨架轻量化研究[J]. 周美施,尹怀仙,张铁柱,张洪信,刘高君. 现代制造工程. 2017(05)
[8]基于自适应随机抽样敏度分析的双向渐进结构优化方法[J]. 宋健,温卫东,张宏建. 航空动力学报. 2013(09)
[9]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)
[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)
博士论文
[1]白车身前端结构—材料—性能一体化轻量化多目标协同优化设计[D]. 王传青.吉林大学 2016
[2]基于多学科优化设计方法的白车身轻量化研究[D]. 卢放.吉林大学 2014
[3]基于现代设计方法和提高整车碰撞安全性的车身轻量化研究[D]. 陈晓斌.吉林大学 2011
[4]面向汽车轻量化设计的关键技术研究[D]. 胡朝辉.湖南大学 2010
[5]多材料结构汽车车身轻量化设计方法研究[D]. 崔新涛.天津大学 2007
硕士论文
[1]电动大客车车身结构安全性分析与轻量化优化[D]. 刘雨畅.吉林大学 2017
[2]纯电动客车铝合金车身的设计与分析[D]. 刘天宇.重庆大学 2017
[3]框架式电动汽车结构及部件优化设计与性能评价[D]. 郭威.华南理工大学 2017
[4]客车车身骨架中段采用铝合金材料的车身结构有限元分析与优化[D]. 赵文亮.长安大学 2016
[5]某型客车车身骨架轻量化设计与研究[D]. 何亚运.合肥工业大学 2016
[6]纯电动大客车骨架结构轻量化多目标优化设计[D]. 毛爱华.吉林大学 2015
[7]基于拓扑优化的纯电动公交客车车身结构设计及结构分析[D]. 文光辉.重庆大学 2015
[8]全承载全铝客车车身轻量化研究[D]. 彭湖.湖南大学 2012
[9]钢铝混合车身结构件的材料优化匹配研究[D]. 黄信宏.华南理工大学 2012
[10]汽车车身用新型6000系铝合金板材性能研究[D]. 王安东.大连理工大学 2011
本文编号：3584409
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