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《扬州大学》 2006年
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基于有限元的客车车身轻量化

杨富强  
【摘要】: 客车轻量化是21世纪客车发展的趋势之一,客车轻量化可减少客车能源消耗并相应降低客车尾气排放,减少空气污染,同时还可提高车辆的操纵稳定性、行驶安全性、乘坐舒适性等性能。客车车身骨架是重要的承载件,它的质量占客车整车质量的三分之一左右,车身骨架的轻量化对减轻客车的整车质量有着非常重要的意义。本文的主要研究工作是围绕着扬州大学与扬州亚星-奔驰有限公司的合作项目展开的,针对该公司11米长半承载式YBL6115型城市客车进行客车车身轻量化研究。 论文在对客车轻量化背景及国内外研究概况进行归纳总结的基础上,对客车车身有限元分析建模的关键技术进行了研究和归纳,采用MSC.NASTRAN有限元分析软件,结合YBL6115型客车实例对车身有限元分析建模中客车的受力状态分析、网格模型的建立,及有限元模型的简化、载荷与边界条件的处理等关键技术进行了应用研究。以表面模型为主建立了车身几何模型,并结合客车的10种工况对YBL6115型城市客车车身进行定性受力分析,在此基础上建立了以四边形网格为主的网格模型,并根据研究对象的特点,研究了复杂组件、乘客、连接部位、车身蒙皮和边界与载荷的处理方法,最终建立了以壳单元为主的客车有限元分析模型。 为确保有限元仿真分析结果的可信性,对客车车身有限元分析模型及其分析模型数值结果进行了合理性与可信性验证,并在此基础上,重点对客车车身弯曲工况,扭转工况,发动机最大工况进行静力仿真分析,为客车车身轻量化提供了可靠依据。论文结合客车车身结构的安全性和有限元分析结果中得到的线索拟定了对客车车架、中门立柱及横梁进行结构拓扑优化的轻量化方案。通过对轻量化方案进行有限元仿真验证确认,对仍具有轻量化空间的部位及应力较大部位,进行了进一步轻量化方案的优化调整。 经过两次车身结构的优化调整后,客车车身的结构仿真应力状态与原设计结构仿真应力状态相比得到较为明显的改善。改进设计的客车车身重量和原先设计的客车车身重量相比减少X公斤。
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