电动客车车架有限元分析及轻量化设计.pdf电动客车指的是以车载电源为动力，选配合适的车载蓄电池或电

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详细说明：电动客车指的是以车载电源为动力，选配合适的车载蓄电池或电缆供电设备，以电能驱动行驶的客车。电动客车不仅具备有良好动力性能、而且持续行驶里程已经能够达到公里，电池的使用寿命长，可长达两年以上并且成本较低，是符合道路交通安全法规各项要求的机动车辆。电动客车是国家在计划期间提出的全新一代电动汽车技术，作为我国汽车科技创新的主攻方向之一，更是计划以电动汽车的产业化技术平台为将来的工作重点，力争取得新一轮的重大突破，抢占新一代电动汽车产业技术的至高点，实现交通能源结构的多元化，捍卫祖国的能源安全，降低机动车辆的排放污染，保障社会的可持续发展，并提高我国汽车工业生产的自主创摘要近几年来面对能源危机这一世界性的问题,科学家们研发了以车载电源为动力, 以电机驱动行驶的新一代客车,即电动客车。电动客车与传统客车相比较,最为突出的优点在于使用了电能这一可再生能源作为动力源,缓解了石油紧缺带来的压力, 同时电动客乍在行驶过程中,对环境造成的污染很小。众所周知,在传统客车上,整车的质量越重,消耗的燃油则越多,同样对于电动客车而言,整车越重,行驶时消耗的电量则越大,在电池容量一定的情况下,续驶里程将会越短。在电动客车上,车架的质量占整车总质量的比例较大,如果能降低车架的质量,电动客车的续航里程将会得到提升。本文对电动客车的车架进行了有限元静态和动态的分析,通过得到的计算结果表明该车架有较大的优化空间,并对其进行了轻量化设计本文以东风云南汽车厂制造的电动客车的车架为研究对象,首先利用三维制图软件UG对其进行了几何建模;将生成的几何模型导入 Hypermesh中进行前处理, 处理的内容包括:对模型的几何清理、网格划分、材料属性的赋予、各工況下相关作用力及边界条件的施加等等;将生成的有限元前处理模型导入求解器 Nastran中根据设定的行驶工况对车架进行了静态的应力计算和动态的无约束自由模态计算, 静态计算的内容包括:满载弯曲工况下车架的应力计算、满载扭转工况下车架的应力计算、满载制动工况下车架的应力计算、满载转弯工况下车架的应力计算;再将计算结果导入 Hyperview中进行观察与分桁,从得到的结果可以看出,该车架有较大的优化空间;最后利用 Optistruct以车架的体积为目标函数,以强度为约束条件, 以各个梁的厚度为设计变量,对车架进行了轻量化设计,并对新车架又重新进行了计算分析,验证了设计的合理性。最后的研究结果表明,该电动客车的车架经过轻量化设计后,不仅在静态和动态性能方面仍然满足使用要求,并且质量得到了减轻,取得了较好的轻量化结果。关键词:电动客车;有垠元分析;轻量化 abstract In recent years in the face of the worldwide problem of the energy crisis, the scientists developed a new passenger buses which using vehicle power supply to power and drive with motor, called electric buses. Electric buses with traditional passenger cars compared to the most prominent advantage is the use of electrical energy which a renewable energy as a power source to ease the pressure brought by the oil shortage, meantime electric bus in the process of moving, the environment caused by pollution is very small As we all know, in the traditional passenger cars, the more heaver, the more fuel consumed, the same for electric passenger bus, the heavier the vehicle, the greater the power consumed. With a certain battery capacity, odometer will be shortened. Electric bus, the weight of the frame accounted for the proportion of the total weight, if you can reduce the weight of the frame, electric bus Mileage will be raised. Finite element of electric bus frame static and dynamic analysis in this study calculation results show that the frame has a larger space-optimized, and its lightweight design. Electric bus frame for the study, the first to use 3D graphics software UG to build the geometric modeling; generates geometric model import Hypermesh to pre-treatment, treatment includes: model geometry cleanup, grid divided, material properties given conditions related to force and boundary conditions applied finite element pre-processing model will generated and imported into Nastran solver, according to the driving conditions of the set on the frame of the static stress computing and dynamic unconstrained free modal calculated. Static calculation include: the stress conditions of full load bending calculations the stress conditions of full load reversed calculation the stress calculations of braking conditions calculations, the stress conditions of full load sharp turning calculation; The calculated results import into Hyperview observation and analysis, can be seen from the results obtained the frame has a large optimization space; Finally use Optistruct treat the volume of the frame as the objective function, the strength as the constraints, the thickness of each beam as design variables, and take frame on lightweight design The final results show that the frame of the electric bus after a lightweight design, not only in the static and dynamic performance still meet the requirements, and the mass reduced, achieved a good lightweight result Key words: Electric bus; finite element analysis; lightweigh 录摘要 .··φ········· P·p自·。费··,非曾即···非自·息身。非·晋晋非·垂t·4鲁}b. Abstract 目录第一章绪论 1.1研究背景 l.2电动汽车的发展与有限元分析研究的国内外概况. 121电动汽车国外发展概况… 122电动汽车国内发展概况 1.3汽车有限元分析的国内外研究概况. 131汽车有限元分析国外研究概况… 1.3.2汽车有限元分析国内研究概况. 4 14研究意义 4 1.5研究内容及技术路线非自.···自鲁· 1.5.1研究内容 1.5.2技术路线. ·音。.中; 6木章小结第二章相关基础知识及软件介绍 21电动客车简介 22有限元简介 2.21有限元基本理论 8 222有限元分析步骤… 23软件介绍 10 231UG简介 “· 10 232 Hypermesh简介香。。平香·中··音看普·●导自··日日4平唱司4·申·音章卡辛·中号音号中中音奇·鲁音曹·自鲁 23.3 Nastran简介 12 234 Optistruct简介 12 235 Hyer View简介 ■p争 14 24本章小结 14 第三章电动客车车架结构分析 …17 31电动客车车架结构介绍 17 32车架结构几何模型建立… 18 33有限元模型的建立…19 331抽取中面 19 332几何清理.20 333网格的划分…… n20 334网格质量的检查 33.5单元类型的选择 22 336材料属性的赋予 21 337车载质量的处理 22 3.38边界条件的约束… 4·4··.··→···命国◆·命、命· 23 3.39模型的生成 24 34本章小结… ···中-音B··.·.·●.命卓 24 第四章电动客车车架静态分析…27 4.1分析理论鲁;●鲁·画画自·t。自看D自。自也看· 27 4.2四种典型工况静力分析 …28 4,2.1满载弯曲工况下车架的应力计算与分析… 28 42.2满载扭转工况下车架的应力计算与分析 30 423满载制动工况下车架的应力计算… 31 4.24满载转弯工况下车架的应力计算 32 42.5四种工况比较分析. 34 4.3本章小结 ···················*··········→····+··“···合·4 34 第五章电动客车车架模态分析……35 51模态分析基本理论 36 52车架模态形式的选取..37 53车架模态分析步骤血自●音申自口·曹·鲁。··D··血萨鲁命·申·非鲁日。非●D·音吾D看鲁鲁·。·合p 37 54车架部分模态分析及评价 38 55本章小结… 42 第六章电动客车车架轻量化设计 bbDe卡D聊命专D自。春咖·鲁· 43 61优化概述 43 6.1.1优化的类型. .罪.自是鲁普音中·自普·甲鲁即。音非·音·量自·自。·非非 1·晋●.卓垂垂非十鲁自非。非音音垂鲁 43 6.1.2优化设计数学模型 45 62尺寸优化设计 47 6.21设计变量的确定. d;日·司·d平·.·,垂着 47 622目标函数的确定 48 623约束条件的确定 148 624优化结果分析事香申B申着4pP早.甲●·看··是要自 48 62.5轻量化后的模型验证 49 63本章小结 50 第七章结论与展望 ·最着·4鲁非自“非章 7.1全文总结曲鲁D看,b··非b 72工作展望 51 致谢 53 参考文献萨e 54 昆明理工大学工程硕土学位论文第一章绪论 11研究背景屯动客车指的是以车载电源为动力,选配合适的车载蓄电池或电缆供电设备, 以电能驱动行驶的客车。电动客车不仅具备有良好动力性能、而且持续行驶里程已经能够达到500公里,电池的使用寿命长,可长达两年以上并且成本较低,是符合道路交通安全法规各项要求的机动车辆。电动客车是国家在863计划期间提出的全新代电动汽车技术,作为我国汽车科技创新的主攻方向之一,更是计划以电动汽车的产业化技术平台为将来的工作重点,力争取得新一轮的重大突破,抢占新一代电动汽车产业技术的至高点,实现交通能源结构的多元化,捍卫祖国的能源安全, 降低机动车辆的排放污染,保障社会的可持续发展,并提高我国汽车工业生产的自主创新能力,实现汽车工业的路越式发展2 电动客有如下些优点:它木身不排放污染大气的有害气休,即使按所耗电量换算为发电厂的排放,除硫和微粒外,其它的污染物相比也明显较少。由于电厂大多建于远离人口密集的郊区城市,对人类伤害较少,并且电厂是固定不动的,集中的排放,清除各种有害排放物比较容易,目前针对此问题也已有了相关技术。由于电力可以从多种一次能源获得,例如太阳能,风能,核能、水力等,进一步解除了人们对石油资源日渐枯竭的担心。电动客车还可以充分利用晚间到凌晨这段用电低谷的时间段富余的电力充电,使发电设备日夜都能被充分利用,大大提高了经济效益。有些研究表明,同样的原油经过粗炼,送至电厂发电,经充入电池后,再山电池驱动汽车,其能量利用的效率比经过精炼变为汽油后,再经汽油机驱动汽车还要高,因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排放量,正是由于这些优点,很长段时间以来,电动汽车的研究和应用成为了汽车工业的一个热点。电动客车的萌生还与能源危机的爆发有关,能源危机指的是因为能源供应短缺或是价格上涨而对全球经济产生一系列的影响。这通常涉及到石油、电力或其他自然资源的短缺。能源危杋通常会造成不同程度的经济衰退。从消费者的观点上来看汽车或其它机动交通工具所使用的石油产品价格的上涨不仅降低了消费者对机动车使用的信心,并且增加了他们的开销。正如大家所知道的那样,自从三次科技革命以来,能源就成为了各个国家经济发展的命脉,可是地球上的总能源不是无限的, 电动客车车架有限元分析及轻量化设计于是在各个国家之间便引发了一系列与石油有关的战争。二战后苏美两个超级大国更是为了争夺能源和资源开展了长达40多年的冷战,各个国家的能源争夺将愈演愈烈。我国目前正逢能源高消耗期的来临,中石油、中石化、中海油三家国有石油巨头纷纷“走出去”开发国际市场,我国改府也积极开展能源外交政策。不过,我国的能源政策依然存在着很多不完善之处,甚至在某种程度上可以说我国的能源危机是能源政策的危机。 12电动汽车发展的国内外概况 121电动汽车国外发展概况出于成本和技术可行性的考虑,美国政府已经逐渐将经济上扶植的重点从清洁能源和燃料电池汽车转向充电式混合动力汽车和纯电动汽车,推动新能源汽车政策发展的是美国奥巴马政府能源政策的组成部分。意大利政府和工业界正竭尽全力, 采取措施推动电动汽车的发展,这些措施就包括修订和完善相关的法律法规,实施一系列电动汽车推广项目。日本汽车企业目前已走过了模仿欧美同行的发展时期, 并在新车型和新技术的研发应用方面,特别是电动汽车技术,已经走在了世界的前 122电动汽车国内发展概况与世界其他国家一样,电动汽车研发工作在我国也正在如火如茶的开展着:国家从捍卫我国能源安全、改善大气环境、提高汽车工业竞争力、实现我国汽车工业的跨越式发展的战略高度考虑,设立“电动汽车重大科技专项”,通过组织企业、高等院校和科研机构,集中国家、地方、企业、高校、科研院所等方面的力量进行联合攻关 13汽车有限元分析的国内外研究概况 1.3.1国外研究概况从60年代起,国外就开始使用有限元法对车架进行静态分析,并能够较好的模拟分析车架的某些特性。到了70年代,美国福特汽车公司就开始使用有限元分析软件 Nastran,用板、梁单元进行车身的有限元静态分析,找出车身的薄弱区域,并通昆明埋工大学程硕士学位论文过优化设计来改进车身结构。在80年代末,日本五十菱汽车公司已将车身设计的各个阶段应用于有限元分析,从最初的概念设计阶段到设计中、后期的细化模型,分析内容包括结构强度分析、优化分析、机构运动分析、碰撞分析、流场分析等。进入90年代,有限元分析应用更加广泛,美因通用汽车公司在有限元程序的基础上自主开发了后处理程序,将发动机和道路激劢载荷集成到数据库中,进行发动机和道路激励的分析和改进,大大简化了分析过程。美国福特汽车公司还曾经应用有限元分析在其新车井发中提高乘坐舒适性标准性能,并取得了良好的效果。目前国外的有限元应用在汽车上的分析主要应用有 (1)强度和刚度分析:包括车身车架的应力分析、齿轮的弯曲应力和接触应力分析、发动机零件的应力分析等等; (2)NⅦH分析:NVH( noise、Ⅴib; ration、 Harshness)指的是噪音,振动,平稳三项。对于汽车而言,NVH问题是处处存在的,根据问题产生的来源又可分为发动机NVH、车身NVH和车架NVH三大部分,进一步还可细分为空气动力NVH、空调系统NVH、道路行驶NVH、制动系统NVH等等; (3)机构运动分析:根据机构原动件的口知运动规律,求该机构上某些点的位移、轨迹、速度和加速度以及这些机构的角位移、角速度和角加速度等等 4)车辆碰撞模拟分析:包括主动性安全、被动性安全以及行人保护等等: (5)金属板冲压成型模拟分析:通过对冲压过程模拟分析得到汽车的最仹模具结构和工艺条件; (6)疲劳分析:传统的疲劳分析技术是由很多经验公式组成的,在有限元软件中只需用相应条件下的载荷谱加载就能预测出机构的有效使用寿命并反馈优化信息; ⑦)空气动力学分析:汽车外流场、舱内内流循环分析、发动机内流场分析等等: (8)温度场分析:分析车内温度随车辆驾驶状态的不同而变化、温度对发动机工作的影响以及除霜除雾的分析等等 9)虚拟试车场整车分析:以整车系统为分析对象,以标准路面和车速为负载, 对整车系统同时进行结构疲劳、权频率振动噪声分析和数据处理、以及碰撞历程仿真,达到在产品设计前期即可得到样车道路试验结果的“整性能猜测”效果的仿真技术 (10)焊装模拟分析:在仿真环境下,运用相应的优化方法对车身焊裝工位的机器人加工路径迸行离线规划,并通过仿真加工验证,从而达到指导实际生产的目的。

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