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原文传递客车车身轻量化研究及疲劳分析

论文题名：	客车车身轻量化研究及疲劳分析
关键词：	客车车身骨架;疲劳寿命;轻量化设计;有限元模型
摘要：	对客车车身骨架进行轻量化设计，是目前客车生产制造的一大主流趋势。实现客车质量的减轻，既能够减少油耗，进而减少排放，又能增强客车安全性。客车轻量化研究具有重大意义。　　本文以某型客车车身骨架为研究对象，在有限元分析软件AnsysWorkbench中建立梁单元的车身骨架有限元模型，对该模型进行强度、刚度、模态及疲劳寿命研究，基于研究结果对该骨架模型进行轻量化改进，然后对改进的模型从强度、刚度及模态三个方面进行验证。本文主要工作和结论如下: 　　(1)对弯曲、扭转、紧急制动及急转弯四种工况进行强度刚度计算，结果为:弯曲工况、扭转工况下整车车身骨架安全系数都大于3，满足经验要求弯曲工况安全系数大于3，扭转工况安全系数大于1.7的规定。弯曲工况的最大开口变形量为1.68mm，强度、刚度满足相对应指标要求，扭转工况的最大开口变形量在后门位置，达5.42mm，需要对其改进，其他均符合刚度要求;紧急制动工况下车身骨架最大应力为30.318MPa，最大位移是5.5127mm，其强度刚度在工程要求范围内;急转弯工况下车身骨架最大应力值为38.178MPa，最大位移为6.9573mm，整车强度刚度满足要求。　　(2)对客车车身骨架模态计算，结果为:客车车身骨架一阶扭转频率为9.297Hz，一阶垂向弯曲频率为17.985Hz。这两个频率值大于悬架共振频率4Hz且同时小于发动机怠速频率24.33Hz，能够防止整车发生共振;两者之差大于3Hz，能够防止二者发生耦合;客车车身骨架前八阶自由模态的固有频率值在7.866Hz～22.102Hz之间，错开发动机怠速激振频率24.33Hz～25.67Hz，且错开路面激励频率3Hz，能够保持车身行驶过程中的稳定性，降低噪音。　　(3)提出两种轻量化改进方案。对两种方案的轻量化模型进行强度刚度及频率校核，结果表明，方案一弯曲工况最大应力为31.696MPa，较改进前略有增大，最大开口变形为0.60mm，扭转工况下最大应力为56.889MPa，后门开口变形量由原来的5.42mm减小到4.68mm，其他部位均小于5mm，强度刚度满足要求，低阶频率值在8.227Hz～21.286Hz之间，满足频率要求;方案二弯曲工况最大应力35.845MPa，最大变形为5.8088mm，扭转工况最大应力为55.400MPa，最大变形为9.3448mm，后门左右立柱最大相对位移差（开口变形值）在2mm之内，强度刚度满足要求，低阶频率值在8.119Hz～21.170Hz之间，满足频率要求。　　(4)在Fatigue模块对车身骨架进行准静态疲劳计算分析，得到循环次数最少的单元节点位于前门立柱与底架连接处，大小是1.4675×105;其损伤度为6.814×10-6，在整车车身骨架中是损伤度最大的一处，即最薄弱处。且轻量化后客车车身骨架各单元节点的疲劳寿命值以Q235钢的S-N曲线中相应的循环次数为标准仍有较大余量，疲劳性能满足要求，能够提高车身骨架材料利用率。　　(5)经过轻量化改进后，方案一使整车减重175.1kg，方案二减重167.2kg，两种方案理论上均满足强度刚度及频率约束，最终实现整车骨架减重约6％。
作者：	严伊莉
专业：	安全技术及工程
导师：	周俊杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	郑州大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文