客車車身骨架輕量化設(shè)計研究.pdf

1、客車車身骨架是大客車的主要承載結(jié)構(gòu)，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求的前提下減輕車身骨架的重量對客車整車性能的改善意義重大?？蛙囓嚿磔p量化是客車車身設(shè)計領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)課題。本文在充分了解國內(nèi)外客車車身結(jié)構(gòu)輕量化研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，立足工程實(shí)際，提出了拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化相結(jié)合的輕量化設(shè)計方法。
　　本文針對某款客車車身存在質(zhì)量偏大的問題，首先在時域和頻域內(nèi)對客車車身的固有特性進(jìn)行了分析。對客車運(yùn)行過程中遇到的彎曲、扭轉(zhuǎn)、急剎車和急轉(zhuǎn)彎四種最

2、典型工況進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變分析，確定應(yīng)力冗余部件分布位置。在頻域內(nèi)對客車車身進(jìn)行了約束模態(tài)分析和頻率響應(yīng)分析，得到了客車車身固有頻率的分布，對后續(xù)車身的改進(jìn)，避開激勵頻率有很好的指導(dǎo)作用。
　　研究采取分塊拓?fù)鋬?yōu)化的方法，以柔度最小為優(yōu)化目標(biāo)，以結(jié)構(gòu)體積分?jǐn)?shù)、許用應(yīng)力和制造工藝參數(shù)為約束，建立了基于變密度法的大客車車身骨架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型。利用HyperWorks軟件對大客車車身進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，并得到了非常理想的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果。

3、根據(jù)客車車身桁架制造工藝和客車實(shí)際情況對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行解讀，得到比較合理的桿件位置分布方案。
　　在拓?fù)鋬?yōu)化方案的基礎(chǔ)上，選擇車身“六面體”結(jié)構(gòu)各桿件作為對象，進(jìn)行車身各桿件靈敏度分析，找到剛度靈敏度比較小的部件。選擇該部件的厚度作為后續(xù)尺寸優(yōu)化的設(shè)計變量，設(shè)置好約束條件后，以質(zhì)量最小為優(yōu)化目標(biāo)，得到優(yōu)化后各個桿件的厚度尺寸。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對車身桁架的尺寸進(jìn)行取整改進(jìn)，得到最終優(yōu)化后的模型。
　　隨后建立了新客車車身骨架的全板殼

4、單元有限元模型，并且對其進(jìn)行了兩種典型工況的有限元分析，得到了車身骨架的整體應(yīng)力分布和變形情況。并且對新客車有限元模型進(jìn)行了模態(tài)分析。結(jié)果顯示，新方案各工況最大應(yīng)力相對于原車身有了較大的降低，低階模態(tài)也能夠很好地避開激勵頻率。新大客車車身骨架質(zhì)量相對于原車身降低約26.46％，得到了很好的輕量化效果。
　　本文所做的工作不僅可以應(yīng)用到客車的初始設(shè)計階段，而且對已設(shè)計完成客車的優(yōu)化和改進(jìn)起到很好的指導(dǎo)作用。文章將拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化結(jié)