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空气悬架大客车有限元建模方法及工程应用研究
| 论文题名： | 空气悬架大客车有限元建模方法及工程应用研究 |
| 关键词： | 空气悬架客车;车身骨架;轻量化设计;有限元建模方法;拓扑优化 |
| 摘要： | 车身骨架作为客车的主要承载结构，其结构安全性是客车被动安全性能的重要指标，也是保证客车可靠运行的关键因素。与此同时，车身骨架的质量在客车整备质量中占有较大的比重，对其进行轻量化设计既能减少客车的能源消耗，又能降低其碰撞能量，是提高客车的能源利用效率和结构安全性的重要措施。采用有限元技术对客车的车身骨架进行静、动态的结构校核和轻量化设计在提高客车的安全性、舒适性、降低能源消耗和减少排放等方面具有重要意义。 目前，基于有限元技术的空气悬架客车结构特性分析在车身骨架的典型工况分析、拓扑优化设计和侧翻安全性仿真三方面尚存在以下不足：基于简化悬架法的典型工况建模方法难以准确模拟空气悬架的耦合承载特性，且忽略了高度阀组合控制方式的作用，与空气悬架的实际承载特性有一定差异。拓扑优化设计中，车身骨架有限元模型较为庞大，需要耗费大量的计算资源；且边界条件设置过于简化，拓扑优化结果的可靠性较低。进行全试验周期的客车侧翻安全性仿真，计算规模庞大，不利于缩短设计周期。 针对以上不足，本课题开展了如下相关理论研究和工程运用工作： 1、建立了基于载荷等效法和辅助约束法相结合的空气悬架客车典型工况有限元建模方法：通过力学分析与数值求解，建立了空气悬架系统耦合承载特性的分析计算方法；建立了基于载荷等效法和辅助约束法相结合的有限元建模方法。基于上述方法，课题进行了Corp612A、Corp612B两型空气悬架客车的典型工况结构校核和轻量化改进。Corp612A型客车实车减重170kg，并已通过可靠性试验， Corp612B型全承载式客车设计减重250kg。 2、建立了基于子结构技术和载荷等效法的客车车身骨架拓扑优化方法：在拓扑优化分析中引入子结构技术，将非拓扑区域结构凝聚为超单元，达到节约计算资源的目的；同时，采用基于载荷等效法和辅助约束法相结合的建模方法，提高拓扑优化结果的可靠性。基于上述建模方法，课题进行了客车顶棚、侧围和底架格栅的单工况和综合工况拓扑优化分析，子结构技术的引入使拓扑优化分析效率提高了两个数量级以上。 3、建立了基于刚体预处理的客车侧翻安全性有限元建模方法：基于翻转、跌落阶段的刚体车身假设，进行了客车模型与地面碰撞的初始条件分析，获得碰撞瞬时客车模型参数；通过修改原始的客车侧翻安全性有限元模型生成了客车碰撞阶段的有限元模型。基于上述建模方法，课题进行了Corp612B型全承载式客车碰撞阶段的侧翻安全性仿真分析，验证了该建模方法的可行性，同时对客车的上部结构进行了改进设计，提高了其侧翻安全性。 |
| 作者： | 张帆 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 刚宪约 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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