轿车车身结构力学特征及轻量化设计

发布时间：2017-06-05 17:17

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【摘要】： 如今,汽车已成为现代生活不可缺少的一种交通工具。一个国家的汽车制造业的水平,在很大程度上也反映了其科学技术水平。车身在整个汽车结构中,不论就重量还是就成本而言,都占有相当大的比重。车身是汽车的三大总成之一,车身结构的合理与美观直接影响到整车,车身结构设计直接决定整车的安全性、舒适性、美观性以及由车身外形与空气动力性能决定的操纵稳定性、动力性、经济性等。车身是轿车的关键总成,它的构造决定了整车的力学特性。以有限元法为基础的车身结构分析己成为一种面向车身结构设计全过程的分析方法,车身结构设计的过程也随之成为一种设计与分析并行的过程。现代车身结构分析不仅赋予了车身结构设计新的特点,促进了现代车身结构设计新趋势的形成,而且已成为车身结构设计中最有意义的内容。本文的主要内容及研究成果如下: 本文对有限元分析的基本理论和有限元分析步骤进行了系统的阐述;对常用有限元分析软件ANSYS和HyperMesh的基本处理模块做了详细介绍。 以某微型车为例,对车身结构按照分总成进行了详细介绍;对车身结构的力学特征和主断面设计方法进行了较为系统的分析。 对车身结构有限元模型建模时几个关键技术问题的处理进行了论述,包括:车身钣金件上焊点的模拟,翻边、孔和加强筋的处理,单元选择和网格划分等等。 建立了某微型车的发动机舱盖有限元模型,对该模型进行了低阶模态分析。对车身结构进行低阶模态分析不但可以考察车身结构的刚度,还可以指导人们对车身结构进行优化分析。 以板厚为变量,对发动机舱盖进行了灵敏度分析,根据分析结果对灵敏度较高的发动机舱盖内板进行了结构优化设计。本文主要考虑车身结构的低阶模态频率的提高和车身结构的轻量化设计两方面的优化问题。 本课题对车身结构进行了较为系统的动态分析,所建立的“模态分析—灵敏度分析—优化分析”过程能应用于其它相关研究,为其它相关研究积累了一定的可借鉴的经验。对车身结构的优化分析和实现车身结构的轻量化设计具有一定的参考价值。
【关键词】：车身 力学特征 模态分析 优化分析 轻量化
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U463.82
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 CAE分析技术在汽车设计中的应用9-10
• 1.2.2 国内外车身结构分析的发展概况10-12
• 1.3 现代汽车车身结构设计的特点12
• 1.4 本文研究的内容和意义12-14
• 第二章 有限元法的基本理论及软件介绍14-34
• 2.1 有限元的基本理论14-16
• 2.1.1 有限元的基本概念14
• 2.1.2 有限元法的发展14-16
• 2.2 有限元法分析的基本步骤16-24
• 2.2.1 线弹性体静力学问题16-18
• 2.2.2 线弹性体稳定问题18
• 2.2.3 求解的收敛条件18-20
• 2.2.4 单元分析及整体方程求解20-24
• 2.3 汽车设计中常用的单元24-29
• 2.3.1 壳体结构单元分析基本理论24-25
• 2.3.2 空间梁单元分析基本理论25-29
• 2.4 三维设计软件CATIA V5及有限元软件ANSYS、HyperMesh的介绍29-33
• 2.4.1 三维设计软件CATIA V529-30
• 2.4.2 ANSYS软件的简介30-32
• 2.4.3 HyperMesh软件简介32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 车身结构及其力学特征34-46
• 3.1 车身结构介绍34-38
• 3.1.1 发动机舱包括车身前部结构和前围结构34-35
• 3.1.2 车身地板结构35-36
• 3.1.3 车身侧围结构36
• 3.1.4 车身顶盖结构36-37
• 3.1.5 车身后部结构37
• 3.1.6 发动机舱盖结构37-38
• 3.2 车身结构的力学特性和主断面设计38-45
• 3.2.1 车身结构内力38-39
• 3.2.2 构件的截面特征39-41
• 3.2.3 轿车车身主断面设计41-45
• 3.3 本章小结45-46
• 第四章 有限元模型的建立46-55
• 4.1 引言46
• 4.2 有限元建模的基本流程46-47
• 4.3 建模时几个关键技术问题的处理47-50
• 4.3.1 车身钣金件上焊点的模拟47-48
• 4.3.2 翻边48-49
• 4.3.3 孔49
• 4.3.4 加强筋的简化49
• 4.3.5 螺栓连接49-50
• 4.4 单元选择及网格划分50-52
• 4.5 材料属性的定义52-53
• 4.6 连接方式的模拟及有限元模型的装配53-54
• 4.6.1 连接方式的模拟53
• 4.6.2 有限元模型的装配53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第五章 基于ANSYS的发动机舱盖有限元分析55-61
• 5.1 发动机舱盖模态分析55-58
• 5.1.1 模态分析的基本理论55-58
• 5.1.2 模态分析的边界条件58
• 5.2 发动机舱盖模态分析58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 第六章 车身结构优化设计及其轻量化61-74
• 6.1 优化设计方法概述61
• 6.2 最优化设计及灵敏度分析方法61-63
• 6.2.1 最优化设计方法61-63
• 6.2.2 基于灵敏度分析方法的结构优化设计63
• 6.3 基于ANSYS的发动机舱盖灵敏度分析63-73
• 6.3.1 发动机舱盖结构参数分析63-69
• 6.3.2 发动机舱盖结构优化设计69-73
• 6.4 本章小结73-74
• 第七章 总结与展望74-76
• 7.1 结论74
• 7.2 展望74-76
• 参考文献76-78
• 致谢78-79
• 附录79

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 于海博;;车身结构设计的相关问题探讨[J];技术与市场;2011年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王志超;ZK-1型电动车车身轻量化技术研究[D];吉林大学;2011年

2 彭李奎;基于MC6320A（KK）整车平台纯电动车承载设计的力学特性研究[D];武汉理工大学;2011年

3 顾祥军;基于有限元法的剪板机机架优化设计与分析[D];南京农业大学;2009年

4 许峰;某型特种车车身设计分析与优化研究[D];南京理工大学;2012年

5 张胜俊;轿车车身结构振动特性研究与设计优化[D];武汉理工大学;2010年

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本文编号：424233