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考虑动态峰值力的客车车身骨架轻量化研究
| 论文题名： | 考虑动态峰值力的客车车身骨架轻量化研究 |
| 关键词： | 客车车身;骨架结构;轻量化设计;动态峰值力;有限元分析;动力学分析 |
| 摘要： | 减轻客车整备质量对增加续驶里程、改善动力性、降低制造成本具有非常重要的意义。车身骨架作为客车的关键承载部件，对其进行轻量化设计意义十分重大。目前利用有限元方法对客车车身骨架结构轻量化设计时，一般采用施加静态荷载的方法，此方法需要考虑一个动载系数。但动载系数的取值需要复杂的实验研究，周期较长。 针对某款自主知识产权的客车车身骨架，提出考虑动态峰值力的车身骨架轻量化设计研究方法。首先，利用SolidWorks建立客车车身骨架的三维几何模型，借助ANSYS划分模型网格并进行典型多工况下的静力学强度分析，该车身骨架扭转工况为最危险工况。然后在ADAMS/Car环境下建立客车整车模型与C级道路模型，提取各荷载的动态峰值力，建立考虑动态峰值力的车身骨架有限元模型。最后，利用Isight软件平台集成SolidWorks与ANSYS软件分别进行模型几何参数化和有限元分析计算，构建考虑动态峰值力的车身骨架轻量化模型。在保证强度和刚度性能的前提下，以减轻底盘车架总质量为目标，以底盘车架横纵梁厚度为设计变量，对其进行轻量化设计研究。 优化结果表明，客车底盘车架质量减轻8.84％，轻量化效果显著。并对轻量化后的车身骨架进行静力学强度校核。扭转工况下客车车身骨架的最大应力为283MPa，安全系数为1.22，符合设计要求。满载工况下客车车身骨架的最大应力为115MPa，安全系数为3.00，符合设计要求。进一步对车身骨架进行动力学模态分析，车身骨架前10阶模态的固有频率均在6～15 Hz范围内，路面不平度的激励大多在3Hz以下，发动机怠速引起的激振频率一般高于27Hz，表明该车身骨架能够有效避开激励源频率以免共振。轻量化后的车身骨架能够满足不同工况下的使用要求。结果表明：考虑动态峰值力的车身骨架轻量化设计理论具有合理性和可行性。 考虑动态峰值力对车身骨架进行有限元分析时，与考虑动载系数的方法相等同，该方法能准确计算不同位置载荷的动载系数，避免不同工况下动载系数的实验研究问题，从而缩短设计时间，节省研发费用。 |
| 作者： | 刘高君 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张铁柱 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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