基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、車身作為車輛的重要組成部分，對(duì)整車的安全性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性及操控性有著重要的影響，同時(shí)汽車的個(gè)性化也是通過車身設(shè)計(jì)表現(xiàn)出來。本文以某大客車為研究對(duì)象，綜合利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(dòng)態(tài)特性及輪胎的剛度特性。 通過建立坐標(biāo)系，將截面離散化，用截面上關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)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(dǎo)出實(shí)用性強(qiáng)、計(jì)算精度高且適合計(jì)算機(jī)編程計(jì)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(jì)算公式，解決了準(zhǔn)確地確定任意復(fù)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(dǎo)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(qiáng)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(duì)骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改進(jìn)來提高整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方法及對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)的方案。 在車

3、身結(jié)構(gòu)有限元靜態(tài)強(qiáng)度分析的基礎(chǔ)上，利用ANSYS軟件進(jìn)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(dòng)應(yīng)力的仿真計(jì)算方法?？紤]到輪胎結(jié)構(gòu)及其材料和動(dòng)力學(xué)特性的復(fù)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(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行研究，車橋傳到懸架的動(dòng)載荷作為系統(tǒng)的輸入，車身彈性體的動(dòng)態(tài)響應(yīng)(包括車身上各節(jié)點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力響應(yīng))作為系統(tǒng)的輸出，建立了系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，根據(jù)彈性力學(xué)理論推導(dǎo)了車

4、身動(dòng)應(yīng)力的計(jì)算公式。 研究了車身及懸架彈性對(duì)動(dòng)力懸置系統(tǒng)隔振性能的影響。將發(fā)動(dòng)機(jī)及其懸置系統(tǒng)、彈性車身、懸架作為振動(dòng)分析系統(tǒng)，利用模態(tài)綜合理論建立了系統(tǒng)的振動(dòng)分析模型。用四端參數(shù)技術(shù)，分析了彈性基礎(chǔ)情況下動(dòng)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(duì)懸置系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性的影響及在發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)輪胎提出合理的運(yùn)動(dòng)假設(shè)前提下

5、，推導(dǎo)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(diǎn)位移與輪胎側(cè)偏角關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。以子午線輪胎(185/60R1482H)為例，利用ANSYS軟件對(duì)子午線輪胎進(jìn)行了基于非線性模型的有限元分析。將計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了理論計(jì)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(shè)計(jì)的開始階段引入拓?fù)鋬?yōu)化理論，先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shè)計(jì)，得到滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度及設(shè)計(jì)工藝要求的最優(yōu)結(jié)構(gòu)。在ANSYS軟件平臺(tái)上利用其程序設(shè)計(jì)語言(APDL)將ANSYS命令組織起來，編寫出參數(shù)化的用戶程序，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的全過程。通過用戶界面設(shè)計(jì)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(diǎn)和符合用戶需要的集裝箱半掛車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)專用軟件模塊。 研究了車身結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)強(qiáng)度試驗(yàn)中的相關(guān)問題，在定遠(yuǎn)試驗(yàn)場(chǎng)對(duì)樣車進(jìn)行了強(qiáng)化試驗(yàn)，分析了樣車在各種強(qiáng)