本文關鍵詞：客車車身骨架中段采用鋁合金材料的車身結構有限元分析與優(yōu)化

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【摘要】：輕量化設計是目前汽車節(jié)能減排,降低油耗,提高整車性能的一個重要手段。與傳統(tǒng)鋼材料車身及全鋁車身相比,鋼-鋁材料車身很好的兼顧了整車骨架輕量化與生產(chǎn)成本的要求。本文中鋼-鋁材料車身是指在傳統(tǒng)鋼材料車身的基礎上,將前乘客門后立柱與后圍立柱之間車身骨架中段結構件使用鋁合金材料代替的車身結構形式。本文在傳統(tǒng)鋼材料城市客車骨架的基礎上,將車身骨架中段部分使用鋁合金材料代替,并針對側圍、頂蓋總成不同的受力形式和鋁合金型材獨特的連接形式,設計了五種不同截面形式的鋁合金型材和應用于鋁合金型材間、鋁合金型材與鋼材料結構間的連接件,形成了一種城市客車車身骨架中段采用鋁合金材料的車身結構形式。在整車車身結構幾何模型的基礎上,建立了整車車身結構有限元計算模型,使用HyperWorks軟件進行了整車車身結構的模態(tài)分析和四種工況下車身結構的靜態(tài)剛度及強度分析。在靜態(tài)強度分析得基礎上,對頂蓋骨架部分鋁合金材料應力集中較大部位做了結構優(yōu)化。針對車身骨架大開口對角線變形量較大問題提出了改進建議。有限元分析及優(yōu)化結果表明:本文提出的車身骨架中段采用鋁合金材料的城市客車車身結構前十階固有頻率位于7.540-22.900Hz之間,位于5-33Hz范圍內,固有振型無振型突變現(xiàn)象。四種靜態(tài)工況的計算結果顯示,彎扭組合工況下前風窗對角線變形量最大,為13.255mm,部分側窗對角線變形量在10mm以上;底架后橋空氣彈簧支座處應力值最大,為465.397MPa。在靜態(tài)強度分析得基礎上,對頂蓋骨架應力集中較大部位進行了結構優(yōu)化,使頂蓋骨架最大應力值降低了44.931MPa。
【關鍵詞】：輕量化 城市客車 鋼-鋁材料車身 有限元方法
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.822
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 車身輕量化國內外研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3 鋁合金材料特性及鋼-鋁材料連接工藝11-12
• 1.3.1 鋁合金材料性能11-12
• 1.3.2 鋼-鋁材料連接性能12
• 1.4 本文工作內容及成果12-14
• 第二章 有限元方法及OptiStruct優(yōu)化理論14-20
• 2.1 有限元方法基本理論14-17
• 2.1.1 空間梁單元特性14-16
• 2.1.2 殼單元特性16-17
• 2.2 CATIA、HyperWorks軟件介紹17-19
• 2.3 小結19-20
• 第三章 城市客車車身結構幾何模型及整車有限元模型的建立20-29
• 3.1 鋼-鋁材料城市客車車身結構幾何模型20-23
• 3.1.1 特殊截面鋁合金型材21-22
• 3.1.2 鋼-鋁材料城市客車車身結構幾何模型建立22-23
• 3.2 鋼-鋁材料城市客車有限元模型的建立23-28
• 3.2.1 有限元模型單元類型的選擇24-25
• 3.2.2 有限元模型簡化原則25
• 3.2.3 殼單元質量控制25-26
• 3.2.4 鋼-鋁材料城市客車車身結構的有限元模型建立26
• 3.2.5 車身骨架中段采用鋁合金材料的城市客車有限元模型建立26-28
• 3.2.6 有限元模型驗證28
• 3.3 小結28-29
• 第四章 鋼-鋁材料客車車身結構固有模態(tài)分析29-33
• 4.1 模態(tài)分析理論基礎29-30
• 4.2 模態(tài)計算結果分析30-32
• 4.3 小結32-33
• 第五章 鋼-鋁材料城市客車車身結構有限元分析33-55
• 5.1 計算工況的選擇33
• 5.2 各工況邊界條件的確定33-35
• 5.2.1 彎曲工況33-34
• 5.2.2 彎扭組合工況34
• 5.2.3 緊急制動工況34-35
• 5.3 車身車身結構靜態(tài)分析評價指標35-36
• 5.3.1 車身結構強度指標35
• 5.3.2 車身結構剛度指標35-36
• 5.4 工況分析36-54
• 5.4.1 彎曲工況37-42
• 5.4.2 彎扭組合工況（一）42-47
• 5.4.3 彎扭組合工況（二）47-50
• 5.4.4 緊急制動工況50-54
• 5.5 小結54-55
• 第六章 鋼-鋁材料車身結構改進和尺寸優(yōu)化55-63
• 6.1 頂蓋骨架結構優(yōu)化55-59
• 6.2 車身結構改進建議59-62
• 6.2.1 底架縱梁、橫梁改進59-61
• 6.2.2 車身骨架大開口改進61
• 6.2.3 車身結構材料選擇61-62
• 6.3 小結62-63
• 結論與展望63-64
• 參考文獻64-68
• 攻讀碩士期間取得的研究成果68-69
• 致謝69

【參考文獻】

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本文編號：616695