微型纯电动车车架结构性能分析与优化

论文摘要

CAE技术的成熟使有限元法广泛应用于机械、汽车等行业并取得了很大的成果。有限元法对提高汽车动、静态性能和优化车身、车架结构设计,缩短新车开发周期,均有重要意义。将有限元技术应用于汽车的结构设计分析,提出改进意见,使结构能够满足强度和刚度要求,已经成为汽车设计的重要组成部分。车架作为汽车上许多重要总成的载体,承受着来自道路和装载的各种复杂载荷作用,其设计的合理与否直接关系到整车设计的成败,如何设计合理的车架已经成为现代汽车设计的重要内容之一。本文以某微型纯电动汽车为研究对象,综合利用三维建模技术、有限元法和结构优化理论,对电动车车架作了全面的性能仿真分析和研究。在对电动车车架实体模型及其承受载荷进行适当简化后,利用Pro/E建立车架有限元几何模型,然后以有限元技术为基础,根据电动车行驶特点,利用MSC.Patran/Nastran软件分析车架在四种典型工况下的静态应力特性,得到车架的应力和应变分布规律;对车架做模态分析和频率响应分析,找出车架的固有频率和固有振型,提取车架关键部位频率激励下的动态位移响应,确定车架的性能参数,使我们对车架的性能有更加全面客观的认识,为横梁的分布数量、位置及纵梁的加强方式提供了依据;最后,综合分析结果,提出车架轻量化方案,以车架质量最优为目标进行截面优化及整体改进设计,并对新车架加以分析研究。本文的研究表明该微型纯电动车车架满足强度和刚度要求,动态特性也符合设计要求,但存在材料盈余和薄弱环节现象,经过优化后新车架比原车架结构更轻,提高了材料利用率。本文为车架结构静力学和动力学分析仿真提供了资料,也为今后研制开发此种车架及制定相关标准提供良好的参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 车架有限元分析的研究现状
• 1.2.2 车架轻量化研究现状
• 1.3 微型电动车的结构简况及设计参数
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 电动车车架建模及静力学分析
• 2.1 有限元法基本原理
• 2.1.1 有限元法基本原理及分析步骤
• 2.1.2 MSC.Patran/Nastran分析流程
• 2.2 车架有限元分析模型的建立
• 2.2.1 车架三维实体模型的建立
• 2.2.2 Pro/E与Patran之间的数据转换
• 2.3 电动车车架静力学分析
• 2.3.1 车架结构的静力分析基础
• 2.3.2 电动车悬架的模拟
• 2.3.3 车架静力分析计算特征的确定
• 2.4 车架各种典型工况下的静力学分析
• 2.4.1 满载弯曲工况
• 2.4.2 满载扭转工况
• 2.4.3 紧急制动工况
• 2.4.4 车架结构强度校核
• 2.5 本章小结
• 第3章 电动车车架的动力学分析
• 3.1 有限元动力学基本理论
• 3.1.1 MSC.Nastran动力分析功能
• 3.1.2 车架动力学模型
• 3.2 电动车车架的模态分析
• 3.2.1 模态分析理论基础
• 3.2.2 模态提取方法
• 3.2.3 车架有限元模态分析
• 3.2.4 车架模态分析计算结果
• 3.3 电动车车架的频率响应分析
• 3.3.1 频率响应分析运动方程
• 3.3.2 频率响应分析求解方法
• 3.3.3 车架频率响应计算结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 电动车车架轻量化设计
• 4.1 优化设计理论
• 4.1.1 优化设计的数学模型
• 4.1.2 MSC.Nastran优化设计简介
• 4.2 电动车车架结构改进过程
• 4.2.1 车架截面尺寸优化设计
• 4.2.2 车架关键部位改进设计
• 4.3 车架结构改进后静动态性能校核
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢