基于灵敏度分析的客车结构优化设计

论文摘要

利用计算机进行整车结构和性能分析是现代汽车在整车设计开发过程中不可缺少的重要环节。整车的结构静力有限元分析、车辆动力学分析、整车车身碰撞有限元分析、整车噪声和振动分析,也已经成为各汽车公司汽车产品设计开发中提高产品质量、缩短开发周期、降低产品开发费用的重要手段。把灵敏度分析引入到客车结构优化的设计中,通过对某型客车各梁的相关参数相对于整车重量变化的灵敏度分析,找出对重量变化最敏感的设计参数,再对其用零阶优化方法计算出最优数值,根据型钢标准,对优化结果进行圆整,从而得到改进后的尺寸,给客车结构的改进提供指导,提高优化设计的效率,减少其盲目性。本文以某客车厂9米全承载式客车车身作为研究对象,利用现代的客车设计方法,建立某汽车制造公司研发的全承载式客车整车骨架的有限元模型。在建立模型时融入了参数化建模和模块化建模的思想,减少了分析时前处理的时间。以整车重量为优化设计的目标函数,最大位移、最大应力以及危险截面处的位移与应力作为优化设计状态变量,各梁的相关截面尺寸作为设计变量对整车模型采用最优梯度法进行计算。对改进前的车模进行四种工况的模拟,分析其静态性能,同实验数据对比以检验模型的可信性。对改进后的车模也进行了四种工况的模拟,对比改进前后的强度,刚度差异以检验其静态性能。并且对改进后的车模进行模态分析,以初步判断其动态性能。通过对改进前后两种车模整车骨架的应力分布和刚度状况的对比,得知改进效果非常明显。在满足强度和刚度的前提下,整车减重324kg,得到了厂方的认可。也为客车优化设计提供了一个新的思路。本论文所探讨的优化方法对节约钢材,降低成本,改善汽车的动力性能,减少燃油的消耗和轮胎的磨损,减少对环境的污染都具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的来源及背景
• 1.2.1 课题的来源
• 1.2.2 课题的背景
• 1.3 本文研究的目的、意义
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国内现状
• 1.4.2 国外现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 车身结构有限元建模
• 2.1 有限元分析的弹性力学基础
• 2.1.1 基本符号约定
• 2.1.2 平衡方程
• 2.1.3 几何方程
• 2.1.4 物理方程
• 2.2 有限元法概述
• 2.2.1 有限元法的基本思想
• 2.2.2 结构离散化
• 2.2.3 单元分析
• 2.2.4 整体分析
• 2.2.5 有限元分析流程
• 2.3 基于ANSYS 的模型建立
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 ANSYS 简介
• 2.3.3 单元类型的选择
• 2.3.4 建模时的一些问题
• 2.3.5 模块化建模
• 第三章 车身结构的静态分析
• 3.1 模型的加载及约束
• 3.1.1 载荷处理
• 3.1.2 约束处理
• 3.2 强度分析
• 3.2.1 强度分析的理论概述
• 3.2.2 四种工况的强度分析
• 3.3 刚度分析
• 3.3.1 理论基础
• 3.3.2 四种工况的刚度分析
• 3.4 模型的计算数据与静载试验数据对比
• 3.5 结论
• 第四章 车身灵敏度分析及优化
• 4.1 灵敏度分析的理论基础
• 4.1.1 灵敏度函数法
• 4.1.2 常用的灵敏度函数法及说明
• 4.2 优化设计
• 4.2.1 优化方法
• 4.2.2 定义优化参数
• 4.2.3 生成分析文件
• 4.2.4 灵敏度分析结果
• 4.2.5 尺寸优化
• 4.3 改进后车架分析
• 4.3.1 改进方案
• 4.3.2 强度、刚度分析
• 4.4 结论
• 第五章 车身结构模态分析
• 5.1 模态分析的理论基础
• 5.2 模态求解方法
• 5.3 分析结果
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 附录B 攻读硕士学位期间参加的科研项目