客車車身骨架輕量化設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)課題。本文在充分了解國(guó)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(jì)方法。
　　本文針對(duì)某款客車車身存在質(zhì)量偏大的問題，首先在時(shí)域和頻域內(nèi)對(duì)客車車身的固有特性進(jìn)行了分析。對(duì)客車運(yùn)行過(guò)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(duì)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(duì)后續(xù)車身的改進(jìn)，避開激勵(lì)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(duì)大客車車身進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，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(duì)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(duì)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(jì)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(gè)桿件的厚度尺寸。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(lì)頻率。新大客車車身骨架質(zhì)量相對(duì)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(jì)階段，而且對(duì)已設(shè)計(jì)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)