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纯电动客车结构分析与轻量化研究

赖宗辉  
【摘要】:随着传统内燃机汽车的大量使用,环境污染问题和能源短缺问题正变得愈发严峻。因此,以纯电动客车为代表的清洁、环保的交通工具迎来了更加广阔的发展空间。目前,大多数纯电动客车具有整车质量大、结构强度分布不合理、续驶里程短等劣势。本课题针对一款12米长的纯电动公交客车,基于有限元法对其进行了结构分析,并开展了轻量化方面的研究。基于有限元法的结构分析。在HyperMesh中完成了客车的有限元建模,并通过样车的静态试验验证了模型的正确性。通过Nastran对其进行了五种典型道路工况下的强度、刚度分析以及自由模态分析。结果表明,该车的各项性能指标均满足要求,同时强度余量较大,可以进行轻量化设计。基于尺寸优化的轻量化研究。根据有限元分析的结果,对骨架上各构件进行了筛选和分组。并以整车骨架自重最小作为优化目标,以各组构件的厚度作为设计变量,以客车在各工况下的最大应力、骨架主要开口处的变形以及一阶扭转频率作为约束,对客车进行了尺寸优化。最终该车在各项性能都满足要求的前提下,客车骨架的质量理论上从3012千克降至1677千克,减重44.3%。基于复合材料的客车轻量化研究。首次基于碳纤维复合材料对该客车的骨架进行了重新设计:首先设计了客车骨架上各结构件的复合材料铺层方案,然后将骨架材料从原来的高强度钢替换成碳纤维材料。之后根据有限元分析的结果以及复合材料强度失效准则,对复合材料客车上部分铺层进行了小范围的改进和调整。最终该车在各项性能都满足要求的前提下,骨架的质量理论上从3012千克降至858.4千克,减重71.5%。


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