微型电动轿车车身结构有限元分析

论文摘要

随着世界油价的不断攀升,全球环境污染的日益严峻,传统燃油汽车的发展已经日薄西山。而电动汽车将是替代燃油汽车的最佳选择之一。对于承载式电动汽车,由于整车结构和布置方式与燃油车有很大不同,因此作为关键组件的车身骨架结构性能好坏,对微型电动汽车的性能和使用寿命起着决定性作用。现在车身结构设计分析趋势是广泛采用CAE技术。采用将CAE技术对电动汽车车身的结构分析,不仅可以验证车身结构是否能够满足强度和刚度要求,而且还可以进行结构优化和轻量化。目前各种大型有限元软件,如Ansys、Nastran等被广泛应用于车身结构的静动态特性分析、模态分析和结构优化设计等领域。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情况和变形情况,为后续工作奠定基础。本文以某款AO级微型电动轿车为例,首先利用UG软件建立了车身骨架结构数学模型,然后将其导入Hypermesh软件中,建立有限元模型。在有限元模型建立过程中,进行了边界条件处理与简化,以及作用在骨架结构上载荷的处理方法。结合该车在实际运行中的典型工况,进行了空载弯曲工况、满载弯曲工况、左转弯工况和紧急制动工况的计算分析。通过分析找出车身结构的薄弱环节。分析发现该车车身骨架局部区域强度和刚度不够,在左转弯和紧急制动工况下局部区域应力集中点,需要对车身骨架局部区域改进。并对该车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。分析结果表明,该微型电动汽车的振动频率符合该类型汽车的使用标准。本文所进行的工作为后续的改进设计工作奠定理论基础,用于指导微型电动轿车的设计改进和性能评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 附表清单
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 车身结构分析概述
• 1.3.1 车身结构概述
• 1.3.2 现代车身结构设计的新特点
• 1.4 本文研究内容和意义
• 2 车身结构分析基础理论与方法
• 2.1 有限元法基础理论
• 2.1.1 有限元法基本思想
• 2.1.2 有限元提出与发展
• 2.1.3 有限元分析一般过程
• 2.2 有限元软件选择
• 2.2.1 Hypermesh软件介绍
• 2.2.2 NASTRAN软件介绍
• 2.3 本章小结
• 3 车身结构有限元模型建立
• 3.1 车身结构设计方法概述
• 3.2 建模前准备
• 3.2.1 车身结构几何模型建立
• 3.2.2 车身结构改进设计
• 3.2.3 车身几何模型简化
• 3.3 有限元模型建立
• 3.3.1 有限元模型建模方法
• 3.3.2 网格划分与单元选取
• 3.3.3 载荷处理
• 3.3.4 焊点处理
• 3.4 本章小结
• 4 车身结构有限元静态分析
• 4.1 弯曲工况
• 4.1.1 空载弯曲工况
• 4.1.2 满载弯曲工况
• 4.2 扭转工况
• 4.3 左转弯工况
• 4.4 紧急制动工况
• 4.5 本章小结
• 5 车身结构有限元模态分析
• 5.1 模态分析简介
• 5.2 模态分析理论基础
• 5.3 车身结构模态分析
• 5.4 本章小结
• 6 全文总结及展望
• 6.1 主要工作总结
• 6.2 技术展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况