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拓扑优化和尺寸优化相结合的电动公交客车车架轻量化设计
| 论文题名： | 拓扑优化和尺寸优化相结合的电动公交客车车架轻量化设计 |
| 关键词： | 电动客车;轻量化设计;拓扑优化;形貌尺寸;整车骨架 |
| 摘要： | 随着传统内燃机汽车带来日益严峻的化石能源过度消耗和环境污染问题，纯电动汽车因为清洁高效、环境友好、节能减排，而迎来了广阔的发展空间，汽车的电动化成为行业的发展趋势。作为重要交通工具的城市公交客车开始逐渐实现电动化，而纯电动汽车主要存在整备质量大和续航里程短等问题。有统计发现，电动汽车重量每减小100kg，行驶里程数可增加3%～5%。轻量化可以使续航里程增加，减小能源消耗，所以对纯电动公交客车进行轻量化设计具有重大意义。 车身结构轻量化方法主要包括拓扑优化、形貌优化和尺寸优化等。目前，客车车架结构优化一般仅采用一种方法，或只对局部车架进行多方法的结构优化，而本文将对客车整车骨架选用拓扑优化结合尺寸优化组成的综合优化方法进行轻量化设计。 本文以某型油改电客车整车骨架作为研究对象。首先建立其有限元模型，进行典型四种工况的静态分析和模态分析，获得该车架结构的刚度、强度以及一阶扭转模态频率和振型。校核原车架结构是否满足性能使用要求，并为综合优化提供对比参考。 接着运用拓扑优化技术对整车骨架进行结构优化设计。以一阶频率不小于原车架，体积分数不大于设定值作为约束条件，以四种工况下的加权柔度最小作为优化目标，构建拓扑优化模型。之后根据拓扑优化结果以及客车的设计要求，对客车整车骨架进行可制造化的重新设计。 然后对拓扑优化重设计的客车车架进行尺寸优化。首先进行灵敏度分析，获得对车架结构性能影响不敏感，但对车架质量影响较大的杆件。以这些杆件厚度作为设计变量，以一阶扭转模态频率不低于原车架值和四个工况下的车架柔度分别小于原车架柔度值为约束条件，和将车架质量最小设置为目标函数建立尺寸优化模型。根据优化结果并基于可选用型材型号对车架厚度进行修正后对车架进行重新设计。 对客车整车骨架结构实施拓扑优化和尺寸优化相结合的轻量化设计后，车架力学性能参数获得了提升，更能满足客车的使用要求，并实现减重189kg，减重率为14.55%，轻量化效果明显。本文提出的优化方法对客车车架轻量化设计具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 曾业峰 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 吴柏生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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