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《江苏大学》 2003年
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大客车车身骨架有限元分析与轻量化改进设计

王怀  
【摘要】: 大客车车身骨架是重要的承载件,它的质量也占客车整车整备质量的三分之一左右。车身骨架的轻量化设计对减轻汽车的质量有着非常重要的意义。本文就是通过对大客车的半承载式车身骨架有限元的分析计算,寻求切实可行的车身骨架轻量化途径。 本课题运用ANSYS有限元分析软件,并且使用精度较高的SHELL壳单元作为建模单元,在静态条件下,通过对左右后轮下沉240mm的弯扭联合工况的模拟分析,寻找出骨架中存在强度和刚度富裕的构件,使之达到轻量化改进的目的。在模拟计算的同时,在生产厂家的大力帮助下,进行了骨架车的静态强度、刚度试验,之后又在安徽定远国家标准试验场进行了整备车的动态强度试验。计算结果和试验结果进行比较,修正计算模型,使有限元模型尽量和实际相接近,从而确保后面改进设计的准确性。 改进设计可以使用各种方法,本课题在实际应用中发现,ANSYS软件中自带的优化模块,用搜索可行域,进行循环计算的方法不适用于整个车身骨架这种构件复杂、尺寸繁多对象的应用。针对ANSYS交互界面好的特点,本文运用交互修改和正交试验法相结合来进行计算。一些对强度、刚度影响小的构件,直接进行改进,而一些重要构件则安排正交计算表,进行了不同工况水平下的多次计算,从中寻求轻量化设计方案。计算结果表明,这种方法切实可行,具有明显效果。通过对6801型客车骨架结构的分析计算,最后使质量成功下降了43.45Kg。 本课题的研究内容,概括了客车车身理论、有限元理论与计算、ANSYS软件应用、客车静动态试验、正交试验法运用等,并且对许多关键性问题,如有限元模型的建立与简化、软件后处理的数据分析技巧、静动态试验的准备与注意事项、正交表编排等都进行了较为深入的探讨。因此本文对以后此类型大客车的轻量化设计改进提供了重要的理论参考和工程实例。
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