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轻型客车车身骨架结构有限元分析及改进设计

作　者: 栗广生
导　师: 沈光烈
学　校: 广西工学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 客车车身结构有限元 Hypermesh 结构分析结构改进
分类号: U463.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国经济和社会的发展,汽车在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色,已经成为人们生活、工作中不可或缺的组成部分,汽车工业也成为一个国家经济发展的支柱性产业。在我国,人口众多的同时经济又存在地区发展不平衡的问题,劳动力的周期性迁移一直是一个关乎民生的重要问题。而客车作为公路运输的主要工具在这方面发挥着不可替代的作用。因此,客车工业的技术水平将在很大程度上影响到我国经济的整体发展,而客车车身骨架结构的设计技术作为客车工业里的核心技术就显得尤为重要。目前,我国的客车车身骨架结构的设计工作中,仅凭经验或类比的方法进行设计的现象还大量存在。这样将不可避免的导致结构的强度过剩或者强度不足。强度过剩,带来的是结构的傻大笨粗和材料、能源的浪费;强度不足,则会造成结构的早期失效甚至引发事故。而在对出现问题的结构进行分析处理时,又往往采用局部加强的办法,造成整车协调性较差,车辆自重越来越大。因此,进行客车车身结构的分析计算,确立合理的结构形式,在保证满足车辆结构强度和刚度的前提下,进而对现有结构进行优化,达到轻量化的目的,具有重要的现实意义。本文从客车车身骨架结构的三种不同形式的对比分析入手,运用有限元技术,对桂林某客车公司设计的某款客车进行了静动态的有限元分析计算。在建立有限元计算模型时,借助于功能强大的有限元前处理软件HyperMesh建立车身骨架的有限元模型;根据设计要求及具体配置,将发动机、变速箱、燃油箱以及乘客、座椅、行李厢等载荷添加到模型中;对客车实际使用过程中可能遇到的路面情况进行科学的分析,确定有限元分析工况,最终采用更贴近实际情况的强迫位移的方法模拟扭转工况。在整个建模过程中,充分结合车辆的实际结构特点及实际使用情况,力争做到有限元模型能够准确的反映出车辆的实际情况。最后对计算结果进行研究分析,并对暴露出的强度问题,进行针对性的改进设计,并计算验证了改进方案的有效性。计算分析不仅解决了具体的设计问题,同时丰富完善了产品的设计数据库,有助于加速新车型的研发,进一步提高产品性能和技术含量。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 引言  8-9
  1.2 研究背景  9-10
  1.3 客车车身结构的不同类型及各自特点  10-11
  1.4 客车车身结构分析的重要意义  11-12
  1.5 客车车身结构分析的国内外概况  12-14
    1.5.1 国外研究概况  12-13
    1.5.2 国内研究概况及存在的差距  13-14
  1.6 本课题的研究内容  14
  1.7 本章小结  14-15
第二章车身结构有限元基本理论及软件介绍  15-24
  2.1 有限元法基本思想  15-16
  2.2 有限元法基本步骤  16-18
    2.2.1 结构离散  16-17
    2.2.2 单元分析  17-18
    2.2.3 整体分析  18
    2.2.4 引入边界条件进行计算  18
  2.3 客车结构有限元分析中单元的选择  18-21
    2.3.1 变截面弯曲梁单元——Beam 单元  19
    2.3.2 板壳单元——shell 单元  19-20
    2.3.3 单元尺寸  20-21
  2.4 相关的软件介绍  21-23
    2.4.1 CAD 软件——UG  21-22
    2.4.2 有限元前处理软件——HyperMesh  22-23
    2.4.3 有限元计算软件——MSC.Nastran  23
  2.5 本章小结  23-24
第三章车身结构几何模型及有限元模型的建立  24-32
  3.1 车身结构几何模型的建立  24
  3.2 建立车身结构有限元模型的准备工作  24-26
    3.2.1 软件接口问题  24-25
    3.2.2 结构简化、几何清理  25-26
  3.3 载荷与边界条件的处理  26-30
    3.3.1 载荷的处理  26-29
    3.3.2 悬架系统的简化与处理  29-30
  3.4 车身结构有限元模型的建立  30-31
  3.5 本章小结  31-32
第四章车身结构有限元静态分析  32-50
  4.1 强度及刚度分析  32-34
    4.1.1 关于强度与刚度  32-33
    4.1.2 分析工况说明  33-34
  4.2 水平弯曲工况计算结果  34-36
  4.3 极限扭转工况计算结果  36-44
    4.3.1 左前扭工况  36-38
    4.3.2 右前扭工况  38-40
    4.3.3 左后扭工况  40-42
    4.3.4 右后扭工况  42-44
  4.4 左前轮悬空工况计算结果  44-46
  4.5 静态计算结果分析  46-49
    4.5.1 关于支撑反力的提取  46
    4.5.2 计算结果的刚度分析  46-49
    4.5.3 计算结果的强度分析  49
  4.6 本章小结  49-50
第五章车身结构模态计算及结果分析  50-59
  5.1 关于模态分析  50
  5.2 计算模态分析法的基本原理  50-52
  5.3 模态分析计算及结果分析  52-58
  5.4 本章小结  58-59
第六章车身结构改进  59-63
  6.1 对客车疲劳强度的评估  59-61
  6.2 对高应力区的结构改进  61-62
  6.3 本章小结  62-63
第七章结论  63-64
  7.1 研究成果  63
  7.2 结论  63-64
参考文献  64-66
攻读学位期间发表论文和参加科研情况说明  66-67
致谢  67

轻型客车车身骨架结构有限元分析及改进设计

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