文档介绍：汽车车架轻量化研究分析
目录
一、课题研究的目的和意义
二、国内外研究现状
三、本课题的研究内容及技术方案
四、本设计的特色
五、进度安排
一、课题研究的目的和意义
随着我国经济全球化进程的不断加快,我国对国际能源及原材料市场的依赖程度不断加深。目前我国己超过日本成为世界第二大能源消费国,当前国际原油及工业原材料价格的不断攀升,对我国的经济发展造成的极大的负担。据统计,2003年我国车用燃油消耗已达到7000万吨,占我国全年石油消耗量的1/3。汽车作为耗油大户,其节能与否已直接影响到我,国家对此高度重视。国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会联台发布了我国首个油耗强制性国家标准一一《乘用车燃料消耗量限值》(GBl9578—2004),该标准对我国汽车的燃油消耗作了上限规定,将分两个阶段实施。新标准的实施有望减少因为汽车保有量日益增加而能效较低所带来的能源浪费,标准第一阶段实施后我将降低5%~1 0%,第二阶段实施后油耗将比现在降低1 5%以上。
标准出台的目的是降低油耗,这将使汽车厂商更注重汽车的节能降耗。其中汽车的轻量化是达到这个目的比较有力的手段之一。试验表明,汽车质量的轻重与汽车的能耗有着直接的关系,在相同情况下,轿车的质量每减轻100千克,~l升,汽车的自身质量每减少10%,燃油的消耗可降低6%~8%,同时汽车的废气排放也有明显降低。
通过本课题的研究,一方面可以对本课题所研究的车架进行结构的静、动态特性分析,为车架的轻量化设计提供理论支持;另一方面对车架结构的优化进行初步探讨,为优化设计运用于车架设计进行初步的尝试并建立车架结构有限元分析的规范化步骤,为将有限元技术应用于车架轻量化设计做好基础性工作。
二、国内外研究现状
国外现状:
早在 60 年代,国外就开始从事结构轻量化方面的研究,随着计算机科学、计算力学和应用数学的飞速发展,对于复杂的机械结构,求出问题的数值解越来越容易。求解数值解主要有有限元法、边界元法和有限差分法等方法。其中有限元法由于其物理概念清晰,通用性与灵活性兼备,能灵活妥善处理各种复杂的工程问题,且计算结果能满足工程要求,因此,有限元法广泛应用于求解工程结构问题,尤其是结构分析和优化设计方面的问题。
国外的结构轻量化研究主要可分为三点:
(1)采用现代优化技术对部件进行拓扑优化、形状优化和尺寸优化,从而得到新的轻量化结构,并采用先进的制造工艺来生产出产品;
(2)利用硬件优势,大量考虑动态过程(如碰撞、振动过程)中的各种约束,对尺寸参数进行优化而得到轻量结构,主要强调安全性;
(3)应用现代优化算法如遗传算法、蚁群优化算法和人工神经网络算法等对结构进行轻量化设计。
国内现状:
与国外相比,我国结构轻量化研究起步较晚,其中针对铁路车辆方面的研究较多,近年来对轿车和客车车体结构的轻量化研究也相继出现,但研究的深度和广度均相对滞后。目前,许多专家认为,应该在车身结构开发过程考虑其轻量化研究,它包括初步设计阶段的静态优化和结构布局决定后的动态优化,车身结构动态优化是指车身在现有布局与生产条件下,要求在承受规定载荷的同时,对车身截面参数及形状进行优化,以达到减轻车辆自重、降低燃耗、减少排放的目的。
目前,在进行汽车车架设计时,设计人员主要采用的还是传统的办法对车架进行简化的计算,或者由其它部门进行有限元分析计算。车架的这种设计模式导致的问题包括两个方面:一是车架简化计算精度不够,为保证强度及刚度要求而使车架的设计过于安全,造成设计出的车架结构过重,增加了设计成本;一是造成车架的设计与计算分离,不利于提高车架设计人员的设计水平
三. 本课题的研究内容及技术方案
(1)根据汽车车身骨架的具体结构,提出轻量化研究方案和具体实现方法。
(2)建立汽车车身骨架的有限元模型,并进行有限元分析。
(3)建立汽车车身骨架轻量化研究模型,对其进行轻量化研究。
(4)提出轻量化方案,并进行验证计算。
研究方法