大客车车身结构轻量化分析

论文摘要

在汽车工业飞速发展的今天,减小汽车的整车质量不但可以缓解严峻的能源问题和环境问题,而且可以提高车辆的操纵稳定性、乘坐舒适性、行驶安全性等性能。客车车身骨架是重要的承载件,它的质量占整个客车质量的三分之一左右,车身骨架的轻量化对于减小客车的整车质量而言有着非常重要的意义。论文在对汽车轻量化背景以及国内外轻量化技术研究概况进行总结的基础上,从不同的角度出发对大客车车身的轻量化进行了分析,首先,通过对大客车车身骨架薄壁梁杆件简化模型的力学分析,得出了轻量化改进方法的理论依据;然后,从新型材料的应用和制造工艺方面对车身的轻量化进行了探讨,并且对轻量化材料的替换效果进行了分析;最后,应用有限元分析法从车身结构设计出发对车身结构进行了分析,并且提出了轻量化改进方案。论文通过客车车身典型薄壁梁杆件的力学分析知道,薄壁梁杆件增加外形尺寸可以提高其刚度,与薄壁厚度无关;对于不同截面形状的两种典型薄壁杆件而言,相同质量、相同壁厚的情况下,矩形薄壁截面杆件的弯曲刚度要大于圆筒形薄壁截面杆件;轻型材料如果要跟钢材料具有相同的刚度,所用材料的质量往往大于钢材料;如果保持相同截面、相同厚度、相同的刚度,则轻型材料的杆件质量比钢材料轻,但是其空间体积增加。本文从车身结构设计方面对客车车身骨架做轻量化时,主要采用有限元分析法,对某6120型承载式车身进行结构分析。通过分析结果知道,该车型的轻量化改进,主要从车身的顶盖、底架和后围着手。顶盖上,除上边梁外其他梁的壁厚均减少0.25mm;底架除主要支撑梁和一些封闭结构外其他梁壁厚减小0.5mm;后围上除后围立柱以外,其他梁壁厚减少0.25mm。减重后,整车质量减小了123.5kg。通过改进以后车身结构的静态和动态分析,该车的性能基本满足使用要求,该种轻量化方法可行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题研究的背景及意义
• 1.3 国内外轻量化研究现状
• 1.3.1 国外轻量化研究现状
• 1.3.2 国内轻量化研究现状
• 1.4 客车轻量化的主要途径
• 1.5 大客车车身轻量化方法的选择
• 1.6 有限元法与ANSYS软件简介
• 1.6.1 有限元法的简介
• 1.6.2 ANSYS软件概述
• 1.7 本文的研究思路与方法
• 1.7.1 本文的结构和内容
• 1.7.2 本课题的主要研究方法
• 第二章 大客车车身薄壁梁杆件的轻量化分析
• 2.1 薄壁梁刚度结构计算的基本公式
• 2.1.1 简化杆件弯曲刚度基本公式
• 2.1.2 简化杆件扭转刚度基本公式
• 2.2 薄壁梁杆件截面特性与轻量化的关系
• 2.2.1 截面特性对弯曲刚度的影响
• 2.2.2 截面特性对扭转刚度的影响
• 2.3 相同材料的两种典型截面的刚度比较分析
• 2.4 大客车车身薄壁杆件的结构轻量化方法
• 第三章 轻量化材料的应用与分析
• 3.1 轻量化材料的替代效果分析
• 3.1.1 材料替换对弯曲刚度的影响
• 3.1.2 材料替换对扭转刚度的影响
• 3.1.3 材料替换效果分析
• 3.2 车身材料的发展趋势
• 3.2.1 传统的车身材料
• 3.2.2 车身材料的发展趋势
• 3.3 大客车车身的轻量化材料
• 3.3.1 铝合金
• 3.3.2 镁合金
• 3.3.3 钛合金
• 3.3.4 塑料及其复合材料
• 3.3.5 高强度钢
• 3.4 常用轻量化材料的应用与性能比较
• 3.4.1 轻量化材料的应用
• 3.4.2 轻量化材料的性能比较
• 3.4.3 轻量化材料的减重效果比较
• 第四章 制造工艺中的轻量化技术
• 4.1 大客车的传统制造工艺
• 4.2 制造工艺中的轻量化技术
• 4.2.1 激光拼焊板技术
• 4.2.2 液压成形技术
• 4.2.3 剪裁拼接技术
• 4.2.4 发泡铝成形技术
• 4.2.5 零件轧制新技术
• 4.2.6 温热成形技术
• 4.3 轻量化制造工艺在汽车生产中的应用
• 4.3.1 激光拼焊板技术的应用
• 4.3.2 液压成形工艺的应用
• 4.3.3 两种不同工艺的轻量化结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 有限元法在车身轻量化中的应用
• 5.1 车身有限元模型的建立
• 5.1.1 整车参数和技术特性
• 5.1.2 载荷处理方法
• 5.1.3 有限元模型的建立
• 5.2 车身强度分析
• 5.2.1 弯曲工况下强度分析
• 5.2.2 左前轮悬空工况下强度分析
• 5.2.3 右前轮悬空工况下强度分析
• 5.3 车身刚度分析
• 5.3.1 弯曲工况下车身强度分析
• 5.3.2 左前轮悬空工况下车身强度分析
• 5.3.3 右前轮悬空工况下车身强度分析
• 5.4 大客车车身轻量化改进
• 5.4.1 顶盖改进方案
• 5.4.2 底架改进方案
• 5.4.3 后围改进方案
• 5.5 改进前、后的质量比较
• 5.6 改进前、后分析比较
• 5.6.1 改进前、后车身各总成的强度比较
• 5.6.2 改进前、后车身各总成的刚度比较
• 5.6.3 改进后车身的模态分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢