轿车车身结构振动特性研究与设计优化

论文摘要

现代社会中,汽车已成为非常重要的交通运输工具,与人们的衣食住行息息相关。2009年中国乘用车的销量达到了一千多万辆,增速高达59%,为中国汽车工业树立了新的里程碑。得益于政府出台的各项财政鼓励政策,去年中国总体汽车市场销量达到1350多万辆,达到世界第一,以44%的高速增长创纪录的领跑全球汽车产业。作为现代社会必不可少的交通工具,汽车工业得到了长足的发展,一个国家的汽车制造业的水平,在很大程度上也反映了其科技发展水平。尽管2009年中国汽车产销量一举跃居世界第一,但我们更应该看到国内汽车在汽车CAD/CAE技术上与国外的巨大差距。车身是汽车的三大总成之一,它不仅要有漂亮的造型和外观、足够的空间、流畅的外形曲线,更重要的是要有优越的性能。目前,在3D数模设计阶段运用有限元方法对轿车车身的各种性能进行准确地预测,是汽车技术的一项重要热点研究内容。在设计阶段对车身结构的模态、强度和刚度等进行准确的分析,并把问题解决在数模阶段,这样大大缩短汽车的研发时间,降低了成本。本论文中简要系统的阐述了汽车CAE技术的发展和应用,车身结构固有特性的基本概念,有限元方法的基本理论及在车身结构中的应用,模态分析和优化设计的理论。从而为整篇论文提供理论基础。结合在研究生期间参与开发的一款0.8L两门微型轿车,对白车身结构及各分总成的结构和功能做了详细的介绍。利用该微型轿车车身结构的3D数模,先将结构简化,包括如何合理的处理结构翻边,孔和加强筋等局部结构。将简化后的模型导入ANSYS软件中,建立了该车车身结构的有限元模型,选择合适的单元类型和网格大小对模型进行网格的划分。为获得车身结构的固有振动特性,对其进行模态分析。分析所得到的数据,找出问题所在,为优化设计阶段做准备。在结构优化时,取对一阶弯、扭灵敏度较为灵敏的某些钣金件的板厚为设计变量,对模型进行以白车身轻量化为目标和以提高低阶模态频率为目的的优化分析。为该车车身结构提出改进方案,最终目的是花费最少的成本和最短的时间设计出最合理的车身结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 汽车CAE技术的发展和应用
• 1.2.2 汽车车身结构分析的发展概况
• 1.2.3 汽车车内噪声研究与控制
• 1.3 本文研究的内容和意义
• 第2章 轿车车身结构及其振动特征
• 2.1 白车身各分总成介绍
• 2.1.1 车身地板结构
• 2.1.2 车身前部结构
• 2.1.3 车身前围结构
• 2.1.4 车身侧围结构
• 2.1.5 车身后部结构
• 2.1.6 车身顶盖结构
• 2.1.7 轿车车门结构
• 2.2 现代汽车车身结构设计的特点
• 2.3 车身结构固有振动特性的基本概念
• 2.4 本章小结
• 第3章 有限元模型的建立
• 3.1 有限元法的基本理论
• 3.1.1 有限元法的基本概念
• 3.1.2 有限元法的基本步骤
• 3.2 有限元法在车身改型设计中的应用
• 3.3 车身设计及结构分析相关软件的介绍
• 3.3.1 三维设计软件CATIAV5
• 3.3.2 ANSYS软件
• 3.4 车身有限元模型的类型及建立的原则
• 3.4.1 概念设计阶段
• 3.4.2 产品开发阶段
• 3.5 有限元建模时考虑的主要问题
• 3.5.1 焊点的模拟
• 3.5.2 翻边的处理
• 3.5.3 孔的简化
• 3.5.4 加强筋的简化
• 3.5.5 单元类型的选择及网格划分
• 3.5.6 材料属性的设置
• 3.6 有限元建模的具体过程
• 3.6.1 CAD数模的导入和几何清理
• 3.6.2 网格的划分
• 3.7 本章小结
• 第4章 基于ANSYS的车身结构模态分析
• 4.1 模态分析的基本理论
• 4.2 车身结构模态分析结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 轿车车身结构的设计优化
• 5.1 灵敏度分析的意义及建模
• 5.1.1 灵敏度分析的意义
• 5.1.2 灵敏度模型的建立
• 5.2 优化设计的理论及建模
• 5.2.1 基于ANSYS软件的优化设计介绍
• 5.2.2 ANSYS中优化模型的建立
• 5.3 车身结构灵敏度计算结果分析
• 5.4 车身结构优化设计结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 本文总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文