【摘要】：車架作為城市客車的重要結(jié)構(gòu)部件之一,其輕量化設(shè)計(jì)直接影響車輛的整體性能。車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及因素較多,動態(tài)響應(yīng)復(fù)雜,在實(shí)現(xiàn)車架輕量化的同時(shí),還需提升整體性能的可靠性與穩(wěn)健性。本文以某款混合動力城市客車為研究對象,首先建立混合動力客車的多體系統(tǒng)動力整車模型,提取客車不同工況下車架關(guān)鍵點(diǎn)的動態(tài)峰值力載荷,將動態(tài)峰值力作為后續(xù)車架結(jié)構(gòu)分析的載荷工況,在此基礎(chǔ)上對客車車架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化車架材料布局,融合靈敏度分析、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、近似模型與6σ穩(wěn)健設(shè)計(jì)于一體對客車車架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)基于某款混合動力客車的結(jié)構(gòu)參數(shù),在多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件中建立客車的整車模型,得到客車車架關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的動載系數(shù)。分析表明城市客車的過減速帶工況為最危險(xiǎn)工況,其次為滿載彎曲工況和轉(zhuǎn)彎工況。在客車車架關(guān)鍵點(diǎn)提取的各工況動態(tài)峰值力作為后續(xù)車架有限元分析的載荷邊界條件。(2)建立客車車架拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型,綜合考慮車架的滿載彎曲和轉(zhuǎn)彎組合工況,對車架進(jìn)行多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),獲得車架最佳材料分布方案,重構(gòu)車架幾何模型,并對車架進(jìn)行基于近似模型的確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)。(3)對客車車架的五個(gè)工況的確定性優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行可靠性校核,可知客車車架在滿載彎曲工況、轉(zhuǎn)彎工況與過減速帶工況時(shí)受到的最大應(yīng)力的可靠度小于1.00。對車架進(jìn)行穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì),結(jié)果獲得在轉(zhuǎn)彎工況、過減速帶工況與滿載彎曲工況下優(yōu)化后車架總質(zhì)量分別減輕了163kg、116kg與84.96kg,減幅分別達(dá)到16.48%、11.73%與8.59%。(4)對客車車架進(jìn)行全工況穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)。全工況優(yōu)化后的客車車架總質(zhì)量減輕了124kg,減幅達(dá)12.54%,并對優(yōu)化后的客車車架的強(qiáng)度、剛度、模態(tài)以及車架性能的穩(wěn)健性進(jìn)行校核。優(yōu)化后的車架最大應(yīng)力為246MPa,安全系數(shù)為1.4,最大變形為55mm,車架的強(qiáng)度、剛度均滿足設(shè)計(jì)要求;客車車架的前八階固有頻率均大于客車發(fā)動機(jī)的怠速頻率27Hz與地面隨機(jī)頻率20Hz,避免了車架的共振問題,全工況優(yōu)化后的車架滿足動力學(xué)要求。基于全工況條件下的客車車架穩(wěn)健設(shè)計(jì)為客車結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)提供了新思路和方法。
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U463.32

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2786104