基于現(xiàn)代設計理論的車身結(jié)構(gòu)設計方法研究.pdf

1、車身作為車輛的重要組成部分，對整車的安全性、動力性、經(jīng)濟性、舒適性及操控性有著重要的影響，同時汽車的個性化也是通過車身設計表現(xiàn)出來。本文以某大客車為研究對象，綜合利用現(xiàn)代設計方法中的相關(guān)理論，研究了作為汽車三大總成之一的車身結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)特性及輪胎的剛度特性。 通過建立坐標系，將截面離散化，用截面上關(guān)鍵點的坐標值來描述截面形狀，使數(shù)與形結(jié)合。用代數(shù)方法研究幾何問題，推導出實用性強、計算精度高且適合計算機編程計算的任意形狀開口及閉

2、口薄壁截面的幾何特性參數(shù)計算公式，解決了準確地確定任意復雜薄壁截面的形心、彎心及形心主軸位置的問題，并給出了算例。 在UG軟件中建立車身骨架的幾何模型后，用接口程序生成命令流文件將模型導入到ANSYS環(huán)境中，建立了車身骨架有限元模型，用有限元理論分析了靜態(tài)工況下承載式客車車身骨架的強度特性。探討了承載式車身骨架不同部位的受力特性，提出了通過對骨架結(jié)構(gòu)進行局部改進來提高整體結(jié)構(gòu)強度的方法及對原結(jié)構(gòu)進行改進設計的方案。 在車

3、身結(jié)構(gòu)有限元靜態(tài)強度分析的基礎上，利用ANSYS軟件進行了車身結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析。研究了由路面不平度引起的車身動應力的仿真計算方法?？紤]到輪胎結(jié)構(gòu)及其材料和動力學特性的復雜性，在仿真分析中，為了避免由于輪胎的過度簡化帶來的誤差，將整車劃分為簧上和簧下兩大系統(tǒng)。把簧上部分作為振動系統(tǒng)進行研究，車橋傳到懸架的動載荷作為系統(tǒng)的輸入，車身彈性體的動態(tài)響應(包括車身上各節(jié)點的動應力響應)作為系統(tǒng)的輸出，建立了系統(tǒng)的動力學方程，根據(jù)彈性力學理論推導了車

4、身動應力的計算公式。 研究了車身及懸架彈性對動力懸置系統(tǒng)隔振性能的影響。將發(fā)動機及其懸置系統(tǒng)、彈性車身、懸架作為振動分析系統(tǒng)，利用模態(tài)綜合理論建立了系統(tǒng)的振動分析模型。用四端參數(shù)技術(shù)，分析了彈性基礎情況下動力懸置系統(tǒng)的隔振特性；探討了在高、底頻區(qū)，彈性車身對懸置系統(tǒng)的動態(tài)特性的影響及在發(fā)動機高頻激振下，懸置系統(tǒng)的傳遞率出現(xiàn)過大的原因。 提出了根據(jù)輪胎結(jié)構(gòu)的微觀變形量分析輪胎側(cè)偏剛度的思路。在對輪胎提出合理的運動假設前提下

5、，推導了輪胎側(cè)偏剛度與輪胎變形之間的定量關(guān)系，建立了在側(cè)向力作用下，輪胎有限元模型中相關(guān)節(jié)點位移與輪胎側(cè)偏角關(guān)系的數(shù)學模型。以子午線輪胎(185/60R1482H)為例，利用ANSYS軟件對子午線輪胎進行了基于非線性模型的有限元分析。將計算結(jié)果和試驗結(jié)果進行了比較，驗證了理論計算結(jié)果的可靠性。 以結(jié)構(gòu)及工作條件均較簡單的集裝箱半掛車車架結(jié)構(gòu)為例，在結(jié)構(gòu)設計的開始階段引入拓撲優(yōu)化理論，先對結(jié)構(gòu)進行布局優(yōu)化，獲得較合理的初始結(jié)構(gòu)方案

6、，再通過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設計，得到滿足結(jié)構(gòu)強度、剛度及設計工藝要求的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。在ANSYS軟件平臺上利用其程序設計語言(APDL)將ANSYS命令組織起來，編寫出參數(shù)化的用戶程序，實現(xiàn)優(yōu)化設計的全過程。通過用戶界面設計語言(UIDL)，創(chuàng)建了主菜單和新的函數(shù)文件，生成具有行業(yè)分析特點和符合用戶需要的集裝箱半掛車車架優(yōu)化設計專用軟件模塊。 研究了車身結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)強度試驗中的相關(guān)問題，在定遠試驗場對樣車進行了強化試驗，分析了樣車在各種強