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轿车白车身梁截面和接头结构研究
| 论文题名： | 轿车白车身梁截面和接头结构研究 |
| 关键词： | 轿车车身;梁截面;接头结构;灵敏度;形状优化;力学特性 |
| 摘要： | 现代轿车多采用承载式车身结构，白车身刚度对轿车动静态性能影响特别显著。白车身由承载杆梁件、接头和钣金件三大部分组成，其中梁和接头结构直接决定白车身刚度。因此，在概念设计阶段对梁和接头进行详细设计，对于保证车身刚度，乃至整车部件设计和结构改进都有非常重要的指导意义。 首先，本文结合某汽车公司的一款三厢轿车，详细介绍了车身主要梁截面的提取、处理和信息存储流程，建立了包含8款不同车型的轿车车身梁截面数据库。 接着，本文对白车身基础性能进行了摸底分析，包括自由模态分析、弯曲扭转刚度计算以及车身接附点动刚度（IPI）计算。结果显示，本文选用的白车身一阶整体扭转和弯曲模态频率分别为30.8Hz和43.9Hz，扭转刚度13689.95 N·m/°，均达到了行业要求，而弯曲刚度为11714.17 N/mm，尚未达到行业要求的12200 N/mm，需要后续优化。 然后，本文对梁截面形状控制方法进行了探讨，综合对比后选定比例向量法作为优化方法。基于车身结构灵敏度分析，以白车身质量最小化为目标，以白车身弯曲刚度为约束条件，对梁截面形状进行了优化设计，并根据比例向量法逆向推导出了可满足白车身性能要求的梁截面应有形状。结果显示：白车身质量增加3.25kg，但是弯曲刚度提升到了12310.52 N/mm，达到了行业要求。 随后，本文深入研究了车身接头结构的力学特性，通过对接头模型的力学分析，发现接头存在刚度耦合现象。利用矩阵正交变换的方法解释了这种现象，并对接头结构进行了解耦，得到了接头刚度值和柔度值的计算方法。 最后，本文分别用两种方法从局部和整体方向优化了车身接头结构。第一种：以接头质量最小化为目标，以一号分支角位移为约束条件，对 B柱上接头两个加强板做了形状优化。结果显示：B柱上接头质量增加0.728kg，接头扭转刚度提升了291.12％。第二种：以白车身质量最小化为目标，以白车身弯曲刚度为约束条件，对白车身所有接头中的加强板厚度（共14个接头40个板厚）做了拓扑优化。结果显示：白车身质量增加22.13kg，弯曲刚度提升到了12381.35 N/mm，达到了行业要求。 本文的研究，给出了车身梁截面和接头结构力学特性研究及优化的一些值得借鉴的方法和建议，对于车身结构概念设计具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 梁伟强 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 邓兆祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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