电动游览车车身骨架的有限元分析及拓扑优化

论文摘要

汽车车架作为汽车总成的一部分,承受着来自道路的各种复杂载荷作用,并且汽车上许多重要总成件都是以车架为安装载体,因而车架的强度和刚度在汽车总体设计中起了非常重要的作用。随着汽车工业的高速发展,对汽车的性能以及产品设计的要求越来越高,这使得传统的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计中大规模运算和短周期产品开发的要求。电子计算机的出现以及有限元法的飞速发展为车架的结构性能的计算分析带来了新的革命。通过有限元法对车架结构进行性能分析,在设计时考虑车架结构的优化,对提高整车的各种性能,降低设计与制造成本,增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。本文以某电动旅游车车为例,首先阐述了有限元的基本理论和概念,并叙述了有限元法的基本步骤。然后利用ANSYS软件建立了车身骨架全板壳单元的有限元计算模型,并对该车身骨架在弯曲工况和弯扭工况下进行了有限元分析,求得了不同工况下车身骨架的整体应力分布及变形情况,为委托企业的产品设计提供了可靠的参考数据。分析结果表明,该车身骨架整体强度具有较大的余量,只有少部分的应力值大于材料的屈服极限,基本符合强度要求,但还有改进的余量,所以需要对该车身骨架进行改进。本文基于有限元法的拓扑优化技术对该车身骨架的拓扑结构进行改进设计,车身骨架经拓扑优化后,整车骨架在满足强度和刚度的要求的前提下,提高了材料的利用率,与原车身骨架结构相比,质量有所减少,取得了优化效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内设计现状
• 1.4 本文研究目标及研究内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 车身骨架有限元计算模型的建立
• 2.1 有限元法的基本原理和基本步骤
• 2.2 有限元法在车身结构分析中的应用
• 2.3 ANSYS软件简介
• 2.4 建模准备
• 2.5 车身骨架有限元模型的建立
• 2.5.1 车身骨架几何模型的建立
• 2.5.2 悬架的模拟
• 2.5.3 单元的选择和网格的划分
• 2.5.4 载荷的处理方法
• 第三章 车身骨架的有限元分析
• 3.1 静力分析的基本概念及流程
• 3.2 车架结构静力分析工况及约束处理
• 3.3 弯曲工况结果分析
• 3.4 弯扭组合工况结果分析
• 第四章 车身骨架的拓扑优化
• 4.1 拓扑优化的基本原理与方法
• 4.1.1 结构优化设计
• 4.1.2 拓扑优化的方法与步骤
• 4.1.3 "自洽"原则
• 4.1.4 均匀化方法
• 4.1.5 结构拓扑优化的数学模型
• 4.2 ANSYS中拓扑优化
• 4.2.1 ANSYS中拓扑优化的方法
• 4.2.2 ANSYS拓扑优化的步骤
• 4.3 电动游览车车身骨架的拓扑优化
• 4.3.1 电动游览车车身骨架拓扑优化设计
• 4.3.2 拓扑优化示例
• 4.3.3 车身拓扑优化参数的选择过程的控制
• 4.3.4 车体各部分的优化
• 4.3.5 拓扑优化的结果分析
• 4.4 拓扑优化后车身骨架模型的建立
• 第五章 车身优化骨架的有限元分析
• 5.1 车身优化骨架的有限元模型
• 5.2 弯曲工况的结果分析
• 5.3 弯扭组合工况结果分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢