文档介绍：1 全承载客车车身优化结构设计分析摘要: 车身结构对于整车性能起着举足轻重的作用, 因此对车身结构设计的研究显得十分重要。目前我得到极大的提高,客车的整车质量也得到了稳步发展, 但与国际上先进的客车工业相比, 仍然存在很大的差距。从现代客车工业发展的重要方向全承载客车车身入手,进行了结构分析与优化设计。关键词:全承载;车身结构;优化;客车 1 全承载客车车身结构优化设计方法(1) 改变材料种类,采用密度小、杨氏模型数值高的材料。(2) 改变车身梁结构的截面形状,提高截面的抗扭、抗弯刚度。(3) 改变主要结构件的厚度,使得结构整体性能增强。通过改变车身的梁结构的截面形状和厚度是最适合全承载车身优化设计的方法,从而提高截面的抗扭、抗弯刚度,同时也能实现车身轻量化。 2 (4) 车身骨架焊点处理。车身骨架结构具有焊点数目多( 通常为几千一上万个) ,具有空间复杂曲面及几何特征多等特点,受硬件条件限制要建立精确的车身模型极为困难。根据焊点的受力特性,国内外文献中提出了多种模拟方法, 见表 1: 由表 1 可知,对单个焊点若用适当高度的块单元模拟时, 可获得较高的精度, 但局部网格需要很密。对大量均布、密集排列的焊点, 适当调整焊点区板厚及材料参数后, 则可用单层板模拟而建模效率高。为模拟点焊区相邻构件在振动时的局部分离与接触情况,则可用节点祸合法更为适宜。 2 全承载客车车身梁结构优化设计 结构灵敏度分析算法灵敏度是一个广泛的概念, 从数学意义上可以理解为: 若函数 F(x) 可导,其一阶灵敏度可表示为: 对结构的分析可分为动态分析和静态分析两个方面, 对应的结构灵敏度分析也可分为动态和静态灵敏度分析。动态灵敏度分析有特征( 特征值、特征向量) 灵敏度分析、传递函数灵敏度分析和动力响应灵敏度分析等; 静态灵敏度分析则可以是位移、应力等。 3 在有限元线性静态的优化分析中,约束和目标函数均有可能是静力平衡方程位移解的响应, 记为 T=T( δ)。而位移是设计变量的隐函数, 记为δ=δ(X) 则: T=T( δ(X)) 。可得位移对设计变量的灵敏度为: 由上式可以看出,结构参数 Xj 的改变直接影响了质量矩阵 M 和刚度矩阵 K ,进而改变了固有频率。为了权衡每一个设计变量在提高或不影响刚度或改善动态性能的同时又能降低车身质量, 定义了一个衡量指标 R, 以截面厚度对车身质量和刚度的影响比较为例,其计算式为: R 值是指当截面厚度增加 X mm 时, 它对整车刚度和整车质量的增加的贡献的比值。 车身灵敏度的分析由于前桥右轮悬空和后桥右轮悬空工况分别使前后车厢位移较弯曲工况明显降低, 因此讨论整车扭转刚度对车身骨架梁截面( 矩形型材)长a 、宽 b 、厚度 t 的灵敏度,同时计算整车质量对设计参数敏感度, 并计算 R值。可以根据零部件件的类型、位置和作用选取一些重要的构件来进行灵敏度分析。表 2 列出了具体的零部件名称和代号。 4 位置灵敏度分析的零部件名称顶棚主横梁(A0~A20) , 主纵梁(A21~A24) 前围前挡风玻璃立柱(B1~B2) , 前挡风玻璃横梁(B3~B4) 后围后挡风玻璃立柱(B6~B7) , 后挡风玻璃横梁(B8~B9) 侧墙侧窗玻璃立柱(C1~C18) , 腰梁(C19~C22) , 车门立柱(C2