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原文传递氢燃料电池客车车身骨架轻量化设计与研究

论文题名：	氢燃料电池客车车身骨架轻量化设计与研究
关键词：	氢燃料电池客车;车身骨架;轻量化设计;遗传算法
摘要：	当前全球科学技术飞速发展，人们的生活日新月异，由此产生的石油资源枯竭、环境保护、工业可持续发展之间的矛盾愈演愈烈，新能源的使用逐渐开始成为人们关注的焦点。大力发展以新能源为动力的交通工具，能够在很大程度上解决资源、环境以及可持续发展的问题。　　氢燃料电池客车以氢气作为行车动力源，通过电解水的逆反应产生驱动力，产物为水，从而实现“零排放”。与传统客车相比较，氢燃料电池客车具有能量利用率高，对环境的无污染，噪音小的特点。经过现代设计技术的不断研究改进，已经成为城市交通工具的研究重点。然而，根据目前企业生产中存在的问题，发现氢燃料电池客车与传统的燃料电池客车相比还存在很多不足之处，其中，电池堆，氢气瓶等质量较大，会很大程度上增加客车整体质量，为了使氢燃料电池客车满足行驶要求，需要对整车的配置进行布置、结构进行改进。为此优化车身骨架结构是一种有效的手段，利用现代的优化设计方法，使氢燃料电池客车车身在满足整体刚度、强度的情况下，对车身骨架进行轻量化设计分析和疲劳分析，很大程度上改善氢燃料电池客车车身的整体性能。　　本文以氢燃料电池客车为研究对象，首先，利用CATIA软件对氢燃料电池客车车身进行三维建模，并利用HyperWorks软件构建氢燃料电池客车车身骨架的有限元模型。　　其次，对氢燃料电池客车车身骨架有限元模型进行了四种典型工况下的静力学分析，获得了客车整车骨架的应力、应变所在的最大部位和参数值，依据强度和刚度的评判标准，对应力以及应变大小进行探讨，并指出造成应力集中的原因。根据模态分析理论，对客车整车骨架进行自由模态分析，并重点分析了影响氢燃料电池客车车身骨架特性的低阶频率，为后续氢燃料电池客车车身骨架的改进设计提供指导。　　根据模态分析得到的客车车身骨架，将车身骨架进行分组处理，然后根据相对灵敏度分析的结果，筛选出对车身质量敏感，对骨架性能不敏感的部件。在骨架质量、刚度混合模态频率的基础之上构建径向基神经网络模型，以整个客车车身骨架扭转刚度最大、整车骨架质量最小为设计目标，选取一阶扭转频率和一阶弯曲频率作为约束条件，进行氢燃料电池客车车身多目标遗传算法优化设计，完成了车身减轻113Kg的轻量化效果，同时车身的各项性能满足设计要求。　　在人工智能和无人驾驶技术取得突破性发展的今天，由于技术不当导致的碰撞和侧翻已经不再是客车安全隐患的主要形式，而由疲劳破坏造成车身损伤成为客车安全隐患的主流，特别是氢燃料电池客车结构不同于燃油客车和电动客车，客车的耐久性分析也逐渐受到重视。本文采用有限元仿真的方法，对氢燃料电池客车车身骨架进行疲劳损伤分析和耐久性分析：首先ADAMS/CAR中建立整车动力学模型，并建立B级路面密度谱，接着将得到的满载工况载荷谱，以及惯性释放法静力学分析结果，导入到Ncode中完成疲劳寿命预测分析，从而验证多目标优化之后客车骨架满足疲劳设计要求。
作者：	胡涛
专业：	车辆工程
导师：	张渝
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022