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微型货车车身结构疲劳裂纹的分析与改进设计

朱恩洲  
【摘要】:微型货车车身是整车关键总成之一,其结构可靠性对于保护用户安全和生命财产具有十分重要的意义。因此,在设计中应遵循可靠、安全、经济的设计原则。本文以某公司开发的一款微型货车为例,结合有限元的仿真分析和可靠性道路试验,以车身结构合理的传力路线作为设计思路,以强度和刚度准则作为评判车身结构可靠性的指标。另外,在对车身结构分析和改进设计的过程中,应用到下面几方面的知识作为本文的创新。 (1)利用MSC.Nastran软件选择合理的CWELD焊点单元来模拟车身结构的连接,在保证CAE模型准确性的前提下缩短了建模的时间。 (2)在计算静态扭转工况时,选择等位移而非等扭矩的方法来模拟扭转工况,原因在于不同结构形式的车辆在通过一定高度的凸台或一定深度的凹坑时,由于本身刚度存在差异,因此其实际承担的扭矩并不相等。采用等位移的模拟方法更能描述车辆的实际受力情况。 (3)在有限元建模时,充分考虑其模型的准确性,如对前风窗玻璃的模拟中,由于考虑粘接玻璃的密封胶为各向异性材料。经过大量的文献查证,在保证模型准确性的前提下,故在建模时将其去掉。 (4)本文从实际情况出发,引入一种新的模态计算法,约束模态振型法。考虑到汽车在实际运行过程中不仅受载荷质量大小的影响、还受到悬挂系统约束条件的限制,因此本文对带载荷质量和悬挂约束的车辆进行了约束模态的仿真计算。这种约束模态的计算方法在国内汽车行业中尚属少见。 本论文的主要内容包括以下几点: 一、对微型货车车身模型的建立及简化。 二、利用大型有限元分析软件hyperworks对几何模型进行离散化,选择合理板壳单元和焊接单元来模拟。 三、利用有限元软件分别对车身的弯曲工况、扭转工况、约束模态以及自由模态进行计算,并对结构的强度和刚度进行分析。 四、结合有限元仿真分析,对试验车进行可靠性道路试验。 五、在仿真分析计算和可靠性道路试验的基础上对车身结构不合理之处提出改进措施。 本文对解决微型车车身结构中存在的问题,不论是在理论上,还是在实践应用中,都具有一定的参考价值。


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