全载客车车体结构优化设计分析

作者:黄明文 来源:推广部 时间:2019-08-03 16:06

车身结构对整车性能起着重要作用,因此对车身结构设计的研究非常重要。目前,中国乘用车产业整体水平有了很大提升,乘用车质量也稳步发展,但与国际先进的公交行业相比,仍存在较大差距。从现代公交行业的发展方向出发,启动了乘用车车体的整体,并进行了结构分析和优化设计。

关键词满载;身体结构;优化;乘用车

1全载客车车身结构优化设计方法

(1)更改材料类型,并使用密度小且杨氏模型高的材料。

(2)改变车身梁结构的横截面形状,以提高截面的扭转和弯曲刚度。

(3)改变主结构构件的厚度,从而提高结构的整体性能。通过改变车身梁结构的横截面形状和厚度,这是优化满载车身设计的最合适的方法,从而提高了横截面的扭转和弯曲刚度,并且同时实现车身的轻量化。

(4)车架焊点处理。车身框架结构具有大量焊点(通常为数万万),具有空间复杂的表面和许多几何特征。由于硬件限制,建立精确的身体模型是极其困难的。根据焊点的受力特性,国内外文献提出了各种模拟方法,见表1。

从表1可以看出,如果使用合适高度的块元件模拟,则可以以更高的精度获得单个焊点,但是局部栅格需要密集。对于大量均匀分布且密集排列的焊点,在适当调整焊点区域的厚度和材料参数后,单层板模拟可用于模拟高效率。为了模拟振动过程中点焊区中相邻组件的部分分离和接触,使用联合灾害法更为合适。

2优化设计的满载客车车身梁结构

2.1结构灵敏度分析算法

灵敏度是一个广义的概念,可以在数学上理解,就好像函数f(x)是可操纵的,它的一阶灵敏度可以表示为

结构分析可分为动态分析和静态分析。相应的结构灵敏度分析也可分为动态和静态灵敏度分析。动态灵敏度分析具有特征(特征值,特征向量)灵敏度分析,传递函数灵敏度分析和动态响应灵敏度分析;静态灵敏度分析可以是位移,应力等。

在有限元线性静态优化分析中,约束和目标函数都可以是静态平衡方程的位移解的响应,表示为t=t(δ)。位移是设计变量的隐函数,表示为δ=δ(x),然后t=t(δ(x))。可用位移对设计变量的敏感性是

从上面的等式可以看出,结构参数xj的变化直接影响质量矩阵m和刚度矩阵k,从而改变固有频率。

为了权衡每个设计变量以改善或不影响刚度或改善动态性能同时降低车身质量,定义公制r,比较截面厚度对车身质量和刚度的影响。计算公式是r值是当截面厚度增加xmm时车辆刚度对车辆质量增加的贡献的比率。

2.2身体敏感性分析

由于前轴的右轴悬挂和后轴右轴的悬挂,前后隔室的位移明显低于弯曲条件的位移。因此,车辆的扭转刚度被讨论为车身框架梁的截面的长度a,宽度b和厚度t(矩形轮廓)。灵敏度,同时计算车辆质量对设计参数的灵敏度,并计算r值。可以通过基于组成部件的类型,位置和功能选择一些重组件来执行灵敏度分析。表2列出了具体的部件名称和代码。

零件名称天花板主梁(a0~a20),主纵梁(a21~a24)前挡风玻璃柱(b1~b2),前挡风玻璃梁(b3~b4)后挡风玻璃柱后位置灵敏度分析(b6~ b7),后挡风玻璃梁(b8~b9)侧壁侧窗玻璃柱(c1~c18),腰梁(c19~c22),门柱(c23~c38)驾驶员地板主梁纵梁(e1~e6),主前桥梁(e7),前中心地板踏板梁(f1~f8),上中心主梁(f5~f6),后前轮踏板梁(g1~g4)前端梁(g5~g7)连接到铰接板,前,中,后轴空气弹簧约束梁(h1~h20),轴纵梁(h21~h26),中心龙骨发动机支撑纵梁(i1~i2),支撑传动齿轮梁(i3~ 8),水箱悬挂梁(i9~11),后车厢前端前门柱(j1~j4)灵敏度分析,设定所有参数改变范围为130%,此处在范围内进行迭代插补即由于前后轴对汽车的扭转刚度有显着影响,当中后轴扭曲时,前后车厢的一阶扭转频率和前后车身的扭转刚度是分别计算。 2.3优化设计

根据灵敏度分析结果,选择对减重有明显影响的参数,如表3所示。通过相同的灵敏度分析,所有参数的范围设定为±35%,目标函数为最小的。扭转频率为5hz,车辆的扭转刚度为8.0e + 04n.mm /度,分别优化了前后车厢。

优化的目标函数是最轻的,状态变量是反映前车扭转刚度边界下限的参数。当中轴扭曲时,前舱的扭转刚度受到约束,车辆刚度为8.0e + 04n.mm /度。一些设计变量的优化结果如表4所示。其中tb1(b2)表示目标函数和约束函数对b1和b2光束具有接近的灵敏度,初始值相同,即它们被优化为一个变量。车身结构质量减少了72公斤,占前舱总质量的2.3%,而车辆的最佳扭转刚度约为8.8e + 04n.mm /度,仍然大于8.0e + 04n.mm/degree,这很正常。范围。这表明整个优化过程是有效的,可以看出整个车辆的扭转刚度和重量减少不会发生冲突。

(2)一阶扭转模式。

优化的目标函数是最轻的,状态变量是可以反映前室振动性能的频率参数。本文选择基本模式前室的一阶扭转频率作为约束,扭转频率为5hz。一些设计变量的优化结果如表5所示。

通过优化车身结构的质量,质量降低了83千克,占前舱总质量的2.5%。优化的一阶扭转频率约为5.376hz,仍然大于5hz,这是正常范围。这表明整个优化过程是有效的,可以看出一阶扭转刚度和重量减少不会发生冲突。

全载客车车体结构优化设计分析

引用

[1]戴红军,林成。电动客车车身有限元分析及其轻量化设计[J]。乘用车技术与研究,2005,(3)10-11。

全载客车车体结构优化设计分析

[2]王海亮,金先龙,林忠勤。低地板城市客车车身结构有限元分析[J]。汽车工程,2008,15(3)41-43。

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