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

发布时间：2017-08-03 23:03

  本文关键词：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

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【摘要】：轻量化设计是目前汽车节能减排,降低油耗,提高整车性能的一个重要手段。与传统钢材料车身及全铝车身相比,钢-铝材料车身很好的兼顾了整车骨架轻量化与生产成本的要求。本文中钢-铝材料车身是指在传统钢材料车身的基础上,将前乘客门后立柱与后围立柱之间车身骨架中段结构件使用铝合金材料代替的车身结构形式。本文在传统钢材料城市客车骨架的基础上,将车身骨架中段部分使用铝合金材料代替,并针对侧围、顶盖总成不同的受力形式和铝合金型材独特的连接形式,设计了五种不同截面形式的铝合金型材和应用于铝合金型材间、铝合金型材与钢材料结构间的连接件,形成了一种城市客车车身骨架中段采用铝合金材料的车身结构形式。在整车车身结构几何模型的基础上,建立了整车车身结构有限元计算模型,使用HyperWorks软件进行了整车车身结构的模态分析和四种工况下车身结构的静态刚度及强度分析。在静态强度分析得基础上,对顶盖骨架部分铝合金材料应力集中较大部位做了结构优化。针对车身骨架大开口对角线变形量较大问题提出了改进建议。有限元分析及优化结果表明:本文提出的车身骨架中段采用铝合金材料的城市客车车身结构前十阶固有频率位于7.540-22.900Hz之间,位于5-33Hz范围内,固有振型无振型突变现象。四种静态工况的计算结果显示,弯扭组合工况下前风窗对角线变形量最大,为13.255mm,部分侧窗对角线变形量在10mm以上;底架后桥空气弹簧支座处应力值最大,为465.397MPa。在静态强度分析得基础上,对顶盖骨架应力集中较大部位进行了结构优化,使顶盖骨架最大应力值降低了44.931MPa。
【关键词】：轻量化 城市客车 钢-铝材料车身 有限元方法
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.822
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 车身轻量化国内外研究现状9-11
• 1.3 铝合金材料特性及钢-铝材料连接工艺11-12
• 1.3.1 铝合金材料性能11-12
• 1.3.2 钢-铝材料连接性能12
• 1.4 本文工作内容及成果12-14
• 第二章 有限元方法及OptiStruct优化理论14-20
• 2.1 有限元方法基本理论14-17
• 2.1.1 空间梁单元特性14-16
• 2.1.2 壳单元特性16-17
• 2.2 CATIA、HyperWorks软件介绍17-19
• 2.3 小结19-20
• 第三章 城市客车车身结构几何模型及整车有限元模型的建立20-29
• 3.1 钢-铝材料城市客车车身结构几何模型20-23
• 3.1.1 特殊截面铝合金型材21-22
• 3.1.2 钢-铝材料城市客车车身结构几何模型建立22-23
• 3.2 钢-铝材料城市客车有限元模型的建立23-28
• 3.2.1 有限元模型单元类型的选择24-25
• 3.2.2 有限元模型简化原则25
• 3.2.3 壳单元质量控制25-26
• 3.2.4 钢-铝材料城市客车车身结构的有限元模型建立26
• 3.2.5 车身骨架中段采用铝合金材料的城市客车有限元模型建立26-28
• 3.2.6 有限元模型验证28
• 3.3 小结28-29
• 第四章 钢-铝材料客车车身结构固有模态分析29-33
• 4.1 模态分析理论基础29-30
• 4.2 模态计算结果分析30-32
• 4.3 小结32-33
• 第五章 钢-铝材料城市客车车身结构有限元分析33-55
• 5.1 计算工况的选择33
• 5.2 各工况边界条件的确定33-35
• 5.2.1 弯曲工况33-34
• 5.2.2 弯扭组合工况34
• 5.2.3 紧急制动工况34-35
• 5.3 车身车身结构静态分析评价指标35-36
• 5.3.1 车身结构强度指标35
• 5.3.2 车身结构刚度指标35-36
• 5.4 工况分析36-54
• 5.4.1 弯曲工况37-42
• 5.4.2 弯扭组合工况（一）42-47
• 5.4.3 弯扭组合工况（二）47-50
• 5.4.4 紧急制动工况50-54
• 5.5 小结54-55
• 第六章 钢-铝材料车身结构改进和尺寸优化55-63
• 6.1 顶盖骨架结构优化55-59
• 6.2 车身结构改进建议59-62
• 6.2.1 底架纵梁、横梁改进59-61
• 6.2.2 车身骨架大开口改进61
• 6.2.3 车身结构材料选择61-62
• 6.3 小结62-63
• 结论与展望63-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士期间取得的研究成果68-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：616695