本文關(guān)鍵詞：客車車身結(jié)構(gòu)的剛度匹配方法改進(jìn)與局部精細(xì)化設(shè)計(jì)研究　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：環(huán)境污染、能源枯竭以及道路擁堵等諸多社會(huì)問題一直是制約我國汽車工業(yè)發(fā)展的重要因素�？蛙囎鳛橐环N最為常見的公共交通工具,在緩解城市交通擁擠及節(jié)能減排等方面均發(fā)揮了非常重要的作用。近年來,我國的客車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了一個(gè)快速的發(fā)展階段,激烈的市場競爭對(duì)客車企業(yè)的產(chǎn)品研發(fā)提出了更高的要求,其中客車的車身設(shè)計(jì)是整車產(chǎn)品開發(fā)流程中的關(guān)鍵部分,代表了客車的形體語言,更是企業(yè)自主研發(fā)水平的直接體現(xiàn)�？蛙囓嚿淼脑O(shè)計(jì)流程一般可以分為概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、以及樣車的試制與實(shí)驗(yàn)等階段,其概念設(shè)計(jì)更加關(guān)注車身的整體布置,而詳細(xì)設(shè)計(jì)則更加強(qiáng)調(diào)對(duì)車身中關(guān)鍵局部的進(jìn)一步優(yōu)化。相比于國外,車身的正向設(shè)計(jì)一直是我國客車企業(yè)的薄弱環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)人員由于缺乏科學(xué)的有效指導(dǎo)而過分依賴于以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),且“并行工程”與“CAE分析”等先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方法沒有得到充分的發(fā)揮和利用,進(jìn)而導(dǎo)致車身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案往往不甚理想,許多結(jié)構(gòu)上的缺陷與問題只能通過局部加強(qiáng)的方式進(jìn)行補(bǔ)救,在增加研發(fā)成本的同時(shí)也不利于產(chǎn)品質(zhì)量的提升。近年來,全承載式客車車身以其結(jié)構(gòu)重量輕、承載性能好等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為了客車車身的發(fā)展方向。相比于傳統(tǒng)的非承載式車身,承載式客車車身在結(jié)構(gòu)形式與載荷傳遞等方面均發(fā)生了較大改變,針對(duì)承載式車身特點(diǎn)的產(chǎn)品開發(fā)也同時(shí)帶來了一些新的研究課題。在此背景下,本文結(jié)合多款承載式客車車身的研發(fā)項(xiàng)目,對(duì)客車車身在正向設(shè)計(jì)過程中的剛度匹配方法進(jìn)行改進(jìn),并進(jìn)一步對(duì)車身局部精細(xì)化設(shè)計(jì)中的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。在客車車身的概念設(shè)計(jì)階段,根據(jù)承載式客車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分別以整車彎曲剛度與扭轉(zhuǎn)剛度為設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的模塊分解與剛度匹配設(shè)計(jì),初步探討并總結(jié)車身結(jié)構(gòu)在概念設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)方法與流程;在此基礎(chǔ)上,本文還針對(duì)客車結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵接頭的局部優(yōu)化問題展開進(jìn)一步研究,力求能在兼顧輕量化要求的同時(shí)進(jìn)一步提升車身的承載性能:首先以十字接頭為研究載體,對(duì)接頭局部在不同焊接工藝方案下的焊接變形進(jìn)行測量與分析;再結(jié)合有限元仿真方法考察不同工藝參數(shù)下的焊接變形對(duì)接頭局部強(qiáng)度的影響,并通過強(qiáng)度對(duì)比,對(duì)接頭局部的焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化;最后在某款車型中提取一處高應(yīng)力接頭,對(duì)接頭焊角的參數(shù)優(yōu)化問題展開探討,對(duì)其設(shè)計(jì)規(guī)律進(jìn)行歸納與總結(jié)。根據(jù)上述研究路線,本文主要完成了以下幾方面內(nèi)容:一、提出了一種基于剛度特性匹配的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。根據(jù)承載式客車車身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在設(shè)計(jì)初期以剛度為目標(biāo)對(duì)車身中主要桿件的布置形式進(jìn)行合理優(yōu)化,以獲得兼顧性能與輕量化的車身概念設(shè)計(jì)方案。首先對(duì)傳統(tǒng)的車身整體剛度計(jì)算方法(包括車身垂向彎曲剛度與車身縱向扭轉(zhuǎn)剛度)進(jìn)行了分析與改進(jìn),通過曲線擬合、坐標(biāo)變換以及數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法大大降低了加載位置以及局部剛度等因素對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,并基于Fortran語言對(duì)改進(jìn)后的計(jì)算方法進(jìn)行編程處理;在此基礎(chǔ)上,初步提出了一種車身局部模塊的剛度評(píng)價(jià)方法,通過改變各局部模塊中材料的楊氏模量來對(duì)各模塊的剛度進(jìn)行等比例的調(diào)整,再利用“小變形的車身結(jié)構(gòu)類似一個(gè)線性系統(tǒng)”這一特點(diǎn),通過計(jì)算各模塊剛度改變量占整車剛度改變量的比重來評(píng)價(jià)各局部模塊對(duì)整車剛度的貢獻(xiàn)情況;最后結(jié)合上述方法,以某企業(yè)待開發(fā)車型為載體,分別對(duì)其左右側(cè)結(jié)構(gòu)以及縱向結(jié)構(gòu)進(jìn)行模塊分解與剛度匹配,并對(duì)該匹配方法的流程進(jìn)行了總結(jié)。二、分析研究了客車骨架接頭在不同焊接工藝方案下的焊接變形規(guī)律。首先參考現(xiàn)有的研究基礎(chǔ),在客車結(jié)構(gòu)中提取較為典型的十字接頭作為研究對(duì)象,再根據(jù)十字接頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定了接頭試件的尺寸規(guī)格與材料參數(shù),并分別完成了點(diǎn)固夾具與測量工裝的設(shè)計(jì)與加工;在此基礎(chǔ)上,參考現(xiàn)有的焊接規(guī)范制定了詳細(xì)的試驗(yàn)方案,分別以焊接順序與焊接電流為試驗(yàn)變量,對(duì)接頭試件在各個(gè)方向的焊接變形進(jìn)行測量;最后,通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納處理,總結(jié)得到了不同焊接工藝參數(shù)對(duì)接頭局部焊接變形的影響規(guī)律,為客車骨架接頭在焊接過程中的夾具設(shè)計(jì)以及工藝參數(shù)優(yōu)化提供參考。三、提出了一種客車骨架接頭在焊接變形應(yīng)力影響下的局部強(qiáng)度校核方法,并在此基礎(chǔ)上對(duì)接頭局部的焊接工藝優(yōu)化問題展開研究。在焊接變形數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,將焊接工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有機(jī)地結(jié)合在一起,初步提出了一種考慮焊接變形應(yīng)力的接頭強(qiáng)度校核方法。首先基于接頭的焊接變形數(shù)據(jù)建立了變形后的接頭局部模型,并利用反向加載的方法對(duì)接頭局部的焊接變形應(yīng)力進(jìn)行仿真計(jì)算;在此基礎(chǔ)上,采用單元應(yīng)力分量提取的方法將焊接變形應(yīng)力與接頭模型在實(shí)際工況下的仿真應(yīng)力進(jìn)行疊加,并根據(jù)疊加后的綜合應(yīng)力對(duì)接頭的局部強(qiáng)度進(jìn)行校核�；谏鲜鲂：朔椒�,通過對(duì)比不同焊接工藝方案下的接頭局部強(qiáng)度,對(duì)接頭局部的焊接工藝方案進(jìn)行優(yōu)選,初步提出了一種客車骨架接頭的焊接工藝優(yōu)化方法,并對(duì)該優(yōu)化方法的具體流程進(jìn)行了總結(jié)。四、對(duì)接頭焊角的參數(shù)優(yōu)化問題進(jìn)行探討,考察并對(duì)比了不同邊長、不同形狀以及不同厚度焊角對(duì)接頭局部強(qiáng)度的影響規(guī)律。首先在某車型的底架龍骨處選擇一處高應(yīng)力接頭作為研究對(duì)象,并采用梁殼混合的建模方法分別在該接頭局部建立了不同規(guī)格的焊角模型;然后通過仿真分析,計(jì)算獲得不同規(guī)格焊角的接頭結(jié)構(gòu)在三種實(shí)車典型工況下的局部強(qiáng)度;最后通過對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,初步獲得了焊角的形狀及尺寸參數(shù)對(duì)接頭局部強(qiáng)度的影響規(guī)律,為接頭焊角的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U463.82

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