论文摘要
随着计算机及其技术的发展,有限元法在汽车领域的应用已经显示出其优点,与传统的设计方法不同,该方法可以在概念设计阶段实现设计与分析并行,既缩短了设计周期又降低了开发成本,是一种十分高效的工程分析方法。实践证明,利用有限元法对车身骨架结构进行分析是十分有效和必要的。通过对车身结构静动态的分析,对其进行评价,分析其强度、刚度、固有频率和相应的振型,得出车身的应力分布状况和变形状况,为后续工作奠定了基础。本文结合某公司自主研发某款A00级微型电动轿车科研项目,首先利用UG软件建立了车身骨架结构几何模型,然后将其导入HYPERMESH软件中,建立有限元模型。在建立有限元模型过程中应考虑的主要问题包括几何模型的简化、单位制及材料的性能、单元选择和网格划分、模型规模的控制、模型质量的检查、载荷处理、焊点处理等。在有限元模型中采用了壳单元(Shell)结构,最终计算模型包含65328个节点,68311个单元;三角形单元个数为282,三角形单元比例为0.4%。结合微型电动轿车车身的实际情况,利用有限元分析软件NASTRAN计算分析了该车身骨架静态弯曲和弯扭组合工况下的刚度和强度特性,通过对车身骨架强度和刚度分析可以得出车身骨架结构应力分布状况和变形状况,得出其薄弱环节,为结构的改进和优化提供参考。微型电动轿车车身骨架结构模态参数是整车的一个重要性能参数,设计车身骨架时,应尽量使其模态频率错开激振频率,以避免共振。根据纯电动轿车的动态性能要求,对该车身骨架进行了模态分析,计算了其前十四阶自由振动模态,获得了车身骨架的固有频率及相应的振型,找出了车身结构在动态激励时的薄弱环节。通过试验模态结果与模态仿真分析数据的对比,验证了有限元模型。说明所建立的仿真模型能够比较准确地模拟车身骨架结构的固有模态。根据有限元的理论指导,结合微型电动轿车车身的实际情况,提出了符合实际生产和满足整车使用性能和车身结构设计的改进方案,同时模态试验方法也为今后同等规模的结构模态试验提供了参考。通过对该车身骨架结构进行有限元分析,缩短了设计和试验周期,同时节省大量的试验和生产费用。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 研究背景1.2 汽车车身结构分析1.2.1 车身结构概述1.2.2 车身结构有限元分析1.2.3 车身结构试验分析1.2.3.1 车身结构试验内容1.2.3.2 车身结构试验技术及设备1.3 国内外电动汽车研究现状1.3.1 国外研究现状1.3.2 国内研究现状1.4 研究内容和意义第二章 车身骨架结构分析的有限元理论2.1 有限元发展历程与趋势2.2 有限元的基本思想2.3 有限元的基本理论2.4 有限元分析一般过程2.5 平面问题和薄板弯曲第三章 车身骨架有限元分析模型的建立3.1 相关软件介绍3.1.1 CAD软件 UG3.1.2 前处理软件ALTAIR/HYPERMESH3.1.3 NASTRAN软件介绍3.2 建立车身骨架结构几何模型3.3 某微型电动轿车整车技术参数3.4 车身骨架有限元建模方法和原则3.5 车身骨架有限元模型建立过程3.5.1 几何模型的简化3.5.2 单位制及材料的性能3.5.3 单元选择与网格划分3.5.4 模型规模控制3.5.5 模型质量控制3.5.6 载荷处理3.5.7 焊点处理3.6 本章小结第四章 车身骨架静态分析及试验研究4.1 车身骨架评价指标4.1.1 车身骨架强度评价指标4.1.2 车身骨架刚度评价指标4.2 刚度分析原理4.2.1 弯曲刚度4.2.2 扭转刚度4.3 计算工况的选择与分析4.3.1 水平弯曲工况分析4.3.1.1 空载弯曲工况4.3.1.2 满载弯曲工况4.3.2 弯扭组合工况分析4.4 车身结构强度与刚度试验方法4.4.1 试验仪器及要求4.4.1.1 选择测试点位置4.4.1.2 应变片、导线和测量仪器4.4.1.3 对车身的要求4.4.2 轿车车身结构静态刚度台架试验4.4.2.1 静态扭转刚度测量4.4.2.2 静态弯曲刚度测量4.4.3 试验数据采集4.4.3.1 静态扭转工况4.4.3.2 静态弯曲工况4.5 本章小结第五章 车身骨架模态分析及试验研究5.1 模态分析简介5.2 模态分析理论基础及评价方法5.2.1 模态分析理论基础5.2.2 模态分析求解方法及步骤5.2.3 模态计算目的5.2.4 模态评价方法5.3 车身结构模态分析5.3.1 车身骨架模态分析模型的建立5.3.2 模态计算的边界条件确定5.3.3 模态分析结果5.3.4 模态分析评价5.4 车身骨架试验模态分析5.4.1 测量和分析系统5.4.2 试验步骤5.4.3 试验结果及其分析5.5 有限元模型精度验证5.6 本章小结第六章 结论与展望6.1 工作总结6.2 不足与展望参考文献致谢附录
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