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原文传递全承载式电动客车车身结构设计

论文题名：	全承载式电动客车车身结构设计
关键词：	电动客车;车身结构;强度分析;拓扑优化;应力应变试验
摘要：	在高铁动车迅猛发展的今天，与其并行的长途公路客运逐渐被取代，而与其接轨的中短途中巴市场生机勃勃，中国新能源客车也得以飞速发展。其中，纯电动客车占据新能源客车的绝对主导地位。然而，目前国内的纯电动客车结构基本上都是在传统燃油客车结构基础上，对动力总成进行替换并对原结构进行局部修改而得。不科学的设计不仅导致车身结构笨重，违背了轻量化设计理念，并且由于与原车型的载荷分布的差异，局部结构强度不能满足使用要求。　　针对客车市场需求以及纯电动客车研发现状，本文以厦门金龙旅行车有限公司开发的某款7米纯电动客车车身骨架为研究对象，采用CAE分析手段实现该款车型的整车性能分析及车身结构优化设计。并且根据优化设计后的结构制作样车，对该样车进行静态强度试验，以验证其耐久可靠性。　　首先，根据建立的客车骨架的三维UG模型，在HyperWorks有限元软件中建立该款客车骨架的有限元模型。计算出其低阶固有频率、模态振型以及弯曲刚度和扭转刚度，作为参考的初始值。分析在水平弯曲、紧急制动、极限扭转、紧急转弯四种典型工况下的车身骨架的应力分布状态，并针对高应力区域提出改进方案。改进后的车身骨架强度分析结果表明，对上述应力集中区域改进后应力分布有所改善，各工况最大应力值均有不同幅度降低，整车骨架减重22.5kg，较多杆件仍有优化空间。而原车型车架为三段式车架，前后段大梁采用大尺寸的双层槽形钢，质量较大且强度、刚度较全承载式车架弱，在此基础上提出全承载式车身设计方案。　　进而，选定对整车性能贡献较大，且优化潜力较大的底架、侧围骨架作为优化区域，在弯曲和扭转两种最典型的行驶工况下，对其进行拓扑优化。根据优化结果设计全承载式车身，并对优化再设计后的车身骨架进行模态、刚度和强度分析。对比初始状态、初步改进方案及全承载方案的整车性能分析结果，全承载式车身的弯曲刚度相比于原结构增加69.9%，扭转刚度相比于原结构增加91.2%。强度分析结果表明各工况整车最大应力值均有较大幅度的下降，车身结构强度明显增强。同时相比于初始状态的整车骨架质量降低96kg，降幅达到10.16%。　　最后，在企业帮助下制作样车白车身，对其进行静态强度试验。试验采用电阻式应力应变仪，选取最危险的紧急扭转工况作为测试工况。试验结果表明，试验与仿真分析的测点的应力值误差在20%以内，仿真分析结果具有较高可信度，优化设计后的车架力学性能满足使用要求，优化后再设计的全承载式车身结构安全可靠。
作者：	王海兵
专业：	车辆工程
导师：	于国飞;李瑞锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	厦门理工学院
学位年度：	2016
正文语种：	中文