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基于公交客车结构强刚度分析的轻量化研究
| 论文题名： | 基于公交客车结构强刚度分析的轻量化研究 |
| 关键词： | 公交客车;车身强刚度;轻量化设计;灵敏度分析;尺寸优化 |
| 摘要： | 公交客车轻量化设计是客车发展的趋势之一，公交客车车身骨架质量约占整车质量的30～50％。因此，车身骨架轻量化是整车轻量化最直接有效的方法，轻量化设计有助于延长公交客车的使用寿命；改善整车的动力性；降低燃油消耗、尾气排放与生产制造成本。 本文以某客车公司研究开发的公交客车车身骨架为研究对象。首先，论述了客车轻量化研究的重要性、国内外研究现状及轻量化方法，介绍了有限元分析软件。然后，根据公交客车车身骨架的结构特点、总布置和承载特性，建立了公交客车车身骨架有限元模型。确定了弯曲、扭转、紧急制动、紧急转弯四种典型工况，设定了结构强刚度、自由模态分析的边界条件，得到了该车身骨架的静态刚度和动态刚度、四种工况下的应力分布情况、前10阶的自由振动频率和振型。掌握了原车身结构基本性能，确定了整车的高应力部件，对高应力区域部件改进设计，为后续的轻量化设计提供结构合理、可靠的有限元模型。 本文运用灵敏度分析与尺寸优化相结合的方法对整车进行轻量化设计。首先，将高应力区域结构改进后的有限元模型中的薄壁管件厚度作为设计变量，一阶扭转频率和扭转刚度最大化为目标函数，质量最小为约束条件，建立公交客车灵敏度分析的数学模型，对客车骨架进行灵敏度分析。然后，根据灵敏度分析结果，建立了尺寸优化的数学模型，对整车车身骨架进行尺寸优化，获得最优尺寸。考虑到矩形空心截面型材的可加工制造性，对最优尺寸进行圆整。并对相对灵敏度高的薄弱部件进行性能优化，设计出新的车身骨架结构。新旧车身骨架结构进行性能对比分析，以验证新设计的车身骨架是否满足要求。 研究表明，对于公交客车，由于其行驶道路条件较单一，采用基于客车结构强刚度分析、高应力区域局部改进、灵敏度分析与尺寸优化相结合的方法，有效减轻了车身骨架质量，整车骨架质量减轻150kg，减幅达5.70%，取得了较好的轻量化效果。轻量化新车型车身骨架结构强刚度性能均得到改善，其一阶模态频率有效避开了激振源的频率范围，振动特性得到改善。 |
| 作者： | 王中武 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 黄红武;于国飞;彭倩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 厦门理工学院 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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