有限元及可靠性在车身结构分析中的应用

论文摘要

本文以沈阳某客车制造有限公司生产的XX型客车车身为研究对象,在有限元静态分析的基础上,利用随机结构系统可靠性的基本理论,对该客车车身系统结构可靠性进行研究。首先,本文应用有限元方法进行客车车身计算,利用ANSYS软件,把工程上的客车车身结构转换成能为有限元计算模型。考虑客车实际运营状态,选取匀速直线行驶、扭转、紧急制动以及急速转弯等四种典型工况,对客车车身结构的强度和刚度等静力学特性进行研究。其次,传统客车车身结构分析中,往往忽略客车车身模型本身的不确定性而采用确定性的力学模型,使得分析结果与实际产生偏差。因此,本文提出一种基于概率的客车车身结构系统可靠性分析方法。将载荷,材料属性、结构件尺寸作为随机变量,利用改进一次二阶矩,分枝界限法,PNET法等多种可靠性计算方法。再次,基于本文提出的客车车身结构系统可靠性分析方法,应用FORTRAN语言,编写客车车身结构可靠性分析程序。选取四种典型工况进行客车车身结构可靠性分析评价,并与由确定性有限元方法得到的静力学分析结果对比,研究发现客车车身结构可靠性分析的失效元与确定性有限元分析结果的工作应力最大值处有较好的一致性,进一步验证本方法的正确性。最后,以上计算和分析结果表明,本文所提出的可靠性分析方法和分析结果,可为客车车身的设计提供借鉴和参考,为缩短开发周期,降低开发成本作了一些努力。客车车身结构的随机性因素多种多样,欲将每一种情况均加以研究需花费大量的时间和精力,尤其是同时考虑其中几个或全部因素时,问题的复杂程度会难以想象。尽管如此,基于概率的结构可靠性分析有其深刻而广泛的工程背景,因此有广阔的发展前景和实践意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车身有限元分析的现状与发展
• 1.3 车辆可靠性问题研究概况
• 1.4 本文工程背景介绍
• 1.5 本文的研究内容
• 第2章 结构有限元分析的理论与方法
• 2.1 引言
• 2.2 有限单元法的基本理论
• 2.2.1 有限元法的基本要素
• 2.2.2 有限元法的常用单元
• 2.2.3 有限元法的基本步骤
• 2.3 ANSYS软件简介
• 2.3.1 ANSYS软件进行有限元分析的基本步骤
• 2.3.2 单元类型介绍
• 2.4 本章小结
• 第3章 车身有限元分析
• 3.1 车身有限元模型的建立
• 3.1.1 车身结构形式
• 3.1.2 车身力学模型的简化原则
• 3.2 载荷工况的确定
• 3.3 车身静态有限元计算与结果分析
• 3.3.1 水平弯曲工况
• 3.3.2 扭转工况
• 3.3.3 紧急制动工况
• 3.3.4 急速转弯工况
• 3.4 本章小结
• 第4章 结构系统可靠性基础概述
• 4.1 引言
• 4.2 可靠性分析中的问题、方法与步骤
• 4.2.1 结构系统的可靠性分析中应当考虑的几个问题
• 4.2.2 结构系统的可靠性分析的方法、步骤
• 4.3 车身可靠性分析的基本理论与方法
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 可靠性基本特征量
• 4.3.3 可靠性分析的基本方法
• 4.3.4 分支限界法的基本理论
• 4.3.5 系统可靠性的计算方法
• 4.3.6 结构系统失效概率的PNET法
• 4.4 本章小结
• 第5章 车身结构的可靠性分析
• 5.1 引言
• 5.2 车身可靠性计算的基本思路及方法
• 5.2.1 车身可靠性计算的思路
• 5.2.2 车身可靠性的计算
• 5.3 不同工况下车身的可靠性指标
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 课题总结
• 6.2 课题展望
• 参考文献
• 致谢