文档介绍：分类号： U469 密级：公开
学校代码：11065 学号：2015020291

学术硕士学位论文
纯电动城市客车车架有限元分析及轻量化设计

作者姓名任可美
指导教师戴作强教授
学科机械工程
培养单位机电工程学院
答辩日期 2018 年 5 月 13 日
纯电动城市客车车架有限元分析及轻量化设计
摘要
资源短缺、环境恶化使新能源汽车成为人们关注焦点。新能源汽车普遍采用纯
电动或混合动力，特别是纯电动汽车因其零排放与理想的节能效果而备受关注。汽
车轻量化设计可以提高整车性能，达到节能减排的目的，因此对纯电动城市客车进
行基于有限元分析基础上的轻量化设计，具有很好意义。
针对某纯电动城市客车车架，在 SolidWorks 三维建模软件中建立车架三维模型，
将车架模型导入 ANSYS SpaceClaim 中抽取中间面，简化模型，在 HyperMesh 中进
行几何清理、划分网格等有限元前处理。将处理完成的模型导入 ANSYS Mechanical
中进行静强度计算；导入 RADIOSS 中进行模态分析。分析结果表明，扭转工况是
车架应力条件最差的工况，最大应力为；车架一阶模态频率为，
避开了路面激振频率，而第八阶模态频率为，与客车传动轴频率相近，因
此提出需要优化。
为提高有限元分析的准确性，提出在 ADAMS/car 中搭建客车的整车模型，提取
客车载荷的动载荷，基于动载荷对车架进行仿真分析。在 ADAMS/Car 中搭建整车
模型，导入 C 级路面模型，提取扭转工况以及满载弯曲工况下与车架连接的各载荷
的动态载荷峰值力，将动态载荷力加载到车架的有限元模型中，对车架进行有限元
分析。分析结果表明，基于动态载荷的车架最大应力为，车架有较大的优
化空间。
在 Optistruct 中，以车架质量最小为优化目标，以某些应力条件好、变形小的梁
为优化设计变量，以车架的应力、位移以及模态为响应，对车架进行多目标优化，
使优化后的车架质量减轻 %。对优化后的车架进行强度、刚度以及模态校核。
分别校核满载弯曲、扭转、紧急制动、急转弯等四个工况，发现最大应力发生在急
转弯工况，为，此时安全系数为，最大变形为；观察模态分
析结果，车架一阶模态频率为，第七阶模态频率为，第八阶模态频
率为，能够避开路面激振频率 1~3Hz 以及传动轴激励 30Hz。结果表明，轻
量化后的车架满足各方面要求。

关键词：客车车架；有限元分析；动载荷；轻量化
Finite Element Analysis and Lightweight Design of Pure Electric City