详情

原文传递翼展车厢有限元分析与轻量化设计

论文题名：	翼展车厢有限元分析与轻量化设计
关键词：	厢式货车;车厢骨架;有限元分析;轻量化设计;汽车设计
摘要：	翼展式厢式货车车厢骨架是重要的承载件，它的质量也占货车整车整备质量的三分之一左右。车厢骨架的轻量化设计对减轻汽车的质量有着非常重要的意义。本文就是通过对翼展式厢式货车车厢骨架有限元的分析计算，寻求切实可行的车厢骨架轻量化途径。有限元法已经成为现代汽车设计的重要工具之一，与传统的设计方法相比，它的优势在于提高汽车产品的质量、降低产品开发与生产制造成本，提高汽车产品在市场上的竞争力。为了促进厢式货车车厢设计水平的提高，保证整车在市场上的竞争能力，必须将厢式货车车厢有限元分析技术提高到战略的高度上来。厢式货车作为耗油大户，其节能与否已直接影响到我国整体的能源消耗水平，国家对此高度重视。由于汽车轻量化对节能增效的巨大意义，国际各大汽车生产商都在尽可能的情况下减轻车身质量。汽车的轻量化设计技术已经成为目前汽车研究领域的研究热点之一。由于货车的使用条件十分恶劣，受力状况非常复杂。骨架应有足够的弯曲刚度，以使装在其上的有关机构之间的相对位置在汽车行驶过程中保持不变并使车身的变形最小；骨架也应有足够的强度，以保证其有足够的可靠性与寿命。骨架刚度不足会引起振动和噪声，也使得汽车的乘坐舒适性、操作稳定性及某些机件的可靠性下降。因此，如何设计出满足使用要求的轻量化骨架成了一项具有挑战性的工作。本文利用有限元分析软件ANSYS 对某翼展式厢式货车车厢骨架进行了分析和研究，讨论了该骨架静态时在纯弯曲工况、弯扭工况、制动工况和紧急转弯工况下的强度和刚度。分析结果表明，该车架的应力值小于材料的强度极限，满足设计的要求，骨架变形不是很大，也符合设计要求。本文还进行了车架的动态分析，主要是模态分析，它是结构动态设计的核心，克服　了静态方法的局限性，强调从结构的整体考虑问题。通过对骨架进行模态分析，计算出骨架的模态振型与相应的固有频率，通过固有频率与振型从整体上考虑车架的局部强度问题。改进设计可以使用各种方法，本课题在实际应用中发现，ANSYS 软件中自带的优化模块，用搜索可行域、进行循环计算的方法不适用于整个车厢骨架这种构件复杂、尺寸繁多对象的应用。根据该货车车厢骨架的特点，论文提出了几种方案对骨架进行了轻量化设计。一些对强度、刚度影响小的构件，直接进行改进，而一些重要构件则进行了不同工况水平下的多次计算，从中寻求轻量化设计方案。计算结果表明，这种方法切实可行，具有明显效果。通过对车厢骨架结构的分析计算，最后使质量成功下降了95.8Kg。最后，以车架纵梁和横梁截面尺寸作为设计变量，以车架总体积为设计目标，运用ANSYS 优化模块对车架结构的轻量化设计进行初步的探讨。优化的结果使得骨架自身重量减少，节约了原材料，降低了生产的成本，提高了汽车的燃油经济性，并且有利于环保。本文的研究说明有限元法和Ansys 软件为骨架结构及动力特性的仿真以及轻量化设计提供了良好的基础理论及方法，借助于它们对骨架结构的轻量化设计研究具有非常重要的工程价值。
作者：	王其光
专业：	机械制造及其自动化
导师：	吴永根
授予学位：	硕士
授予学位单位：	烟台大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文