客車車身強(qiáng)度計算分析開題報告文獻(xiàn)綜述1.課題的意義客車與公共交通車輛是現(xiàn)代社會中運(yùn)輸旅客的主要交通工具。隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重?？蛙嚨倪\(yùn)行量，能夠大大減少私家車的運(yùn)行數(shù)量，能夠大限度的減少大氣污染。隨著我國高速公路的不斷發(fā)展，公路運(yùn)輸扮演了越來越重要的角色，因此大力發(fā)展客車成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。不管是傳統(tǒng)車還是新能源車輛，合理的車身結(jié)構(gòu)，能夠在保證車身強(qiáng)度的前提下，減輕車身重量，降低能耗。車身作為汽車的主要承載部件，它承受著來自道路激勵、載重貨物自重和顛簸慣性載荷等各種力的作用。車身的設(shè)計越來越受到重視，客車車身主要由骨架結(jié)構(gòu)和蒙皮結(jié)構(gòu)兩部分組成?？蛙嚨氖褂们闆r非常復(fù)雜，車身承受的載荷很多，但理論分析、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和使用情況表明，就其載荷性質(zhì)而言，車身所受到的主要載荷為彎曲、扭轉(zhuǎn)、側(cè)向載荷和縱向載荷等幾種。彎曲載荷主要產(chǎn)生于乘員、貨物、自重、設(shè)備重量，該車的設(shè)備和乘員都按實(shí)際位置加載到等效的關(guān)鍵點(diǎn)上。良好的車身結(jié)構(gòu)是汽車安全性的重要保證。因此，在新車型的設(shè)計階段，對車身結(jié)構(gòu)和整車性能在各種路況下行駛的平順性和通過性是否符合人們的要求，而進(jìn)行動力學(xué)仿真計算是非常必要的。因此，如何判定車身結(jié)構(gòu)的合理性及靜動態(tài)性能的好壞，并對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的優(yōu)化，成為一項(xiàng)重要的工作。因此，進(jìn)行客車車身結(jié)構(gòu)的分析計算，確立合理的結(jié)構(gòu)形式，在保證滿足車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的前提下，進(jìn)而對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到輕量化的目的，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。另一方面，對現(xiàn)有車型進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度以及模態(tài)分析，進(jìn)而建立完善的數(shù)據(jù)庫，也有助于加速新車型的研發(fā)與換代，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能和科技含量。本課題的意義在于研究現(xiàn)有某車型車身在不同加載條件下的應(yīng)力分布和疲勞強(qiáng)度，探索車身疲勞強(qiáng)度的試驗(yàn)方法，為企業(yè)自主開發(fā)車身提供準(zhǔn)確的評價標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而促進(jìn)車身開發(fā)能力的提高。2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外對客車結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究，已經(jīng)由原來依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而在成熟車型基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與演繹這種傳統(tǒng)的設(shè)計方法，發(fā)展到應(yīng)用先進(jìn)的有限元法進(jìn)行靜態(tài)剛度、強(qiáng)度和模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上完成結(jié)構(gòu)的設(shè)計與改進(jìn)。實(shí)踐證明，采用有限元法之后，能夠準(zhǔn)確和迅速的得到各種設(shè)計方案的優(yōu)劣對比情況。2.1國外研究現(xiàn)狀由于國外的汽車工業(yè)發(fā)展歷史較長，特別是大型通用有限元分析軟件的出現(xiàn)并推廣，使得先進(jìn)的有限元技術(shù)已經(jīng)在汽車工業(yè)的各個方面得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了豐富的研究成果。在國外，從60年代起就開始運(yùn)用有限元法進(jìn)行汽車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的計算。1970年美國宇航局在分析汽車結(jié)構(gòu)的過程中應(yīng)用了NASTRAN有限元軟件，這是最早進(jìn)行車身輕量化的分析，其中主要是對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜強(qiáng)度有限元分析，減輕了車身的自重。KiHwanKIM等研究了某型鋁合金地鐵車輛的車體結(jié)構(gòu)，通過對其進(jìn)行動載荷試驗(yàn)，得出了車體動載荷測試的方法與其評定標(biāo)準(zhǔn)，并指出僅采用靜強(qiáng)度測試方法來評估車體的疲勞強(qiáng)度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該對車體采用動載荷進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的測試。有限單元法始于本世紀(jì)四十年代初期，當(dāng)時數(shù)學(xué)家R.Courant用三角單元計算棱桿的扭轉(zhuǎn)問題，M.J.Turner將這一方法運(yùn)用到工程設(shè)計中并加以推廣，在五十年代中期，他們用平面分析法求解了復(fù)雜的飛機(jī)結(jié)構(gòu)問題。他們得到的有限元方程屬于以節(jié)點(diǎn)位移為未知量的矩陣位移法。ChoonPARK等采用靈敏度分析法抽取出對車身模態(tài)頻率影響較大的部件,以提高一階扭轉(zhuǎn)頻率為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化,通過分析，得出各個載荷工況對應(yīng)的最大等效應(yīng)力和變形，與標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行對比，檢驗(yàn)了設(shè)計的合理性?？偟膩碚f，經(jīng)過幾十年的積累與發(fā)展，國外大汽車公司都建立了高性能的車身有限元分析系統(tǒng)，其在設(shè)計、分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等方面已經(jīng)非常完善。目前，在國外，開發(fā)一款新車型的周期在逐步的縮短，甚至已經(jīng)縮減到2年到3年的時間。能夠做到這一點(diǎn)，正是借助于現(xiàn)代的車身結(jié)構(gòu)分析方法。現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)設(shè)計由原來的經(jīng)驗(yàn)、類比、靜態(tài)設(shè)計，逐步向建模、靜動態(tài)分析、動態(tài)優(yōu)化及虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)計轉(zhuǎn)變。2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國現(xiàn)在的客車生產(chǎn)企業(yè)由于沒有足夠的試驗(yàn)條件對整車進(jìn)行分析,致使大客車的翻滾碰撞性能都不能達(dá)到一定的安全要求。強(qiáng)度和剛度的靜態(tài)分析是國內(nèi)對客車車身進(jìn)行的分析采用的普遍方法,而在動態(tài)分析上起步較晚。在強(qiáng)度方面，對于車體靜強(qiáng)度分析，主要根據(jù)相關(guān)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對車體進(jìn)行強(qiáng)度和剛度評估，張博、吳丹等人對比了各國的標(biāo)準(zhǔn)，采用不同標(biāo)準(zhǔn)對車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，最后得出這些標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)缺點(diǎn)以及它們的適用范圍。米彩盈指出如何得知車輛承載結(jié)構(gòu)所處的應(yīng)力狀態(tài)，通過多種方法都得出了這些結(jié)構(gòu)大多處在多軸應(yīng)力狀態(tài)下，這種應(yīng)力狀態(tài)下就需要將多軸應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閱屋S應(yīng)力，在其研究成果中，提出了轉(zhuǎn)換的具體方法，得到了承載結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度評估的工程方法。趙士忠等以某型新一代高速動車組中間車的車體三維幾何模型為基礎(chǔ)，利用大型通用有限元建模軟件Hypermesh進(jìn)行前處理，得到可供計算的有限元模型，并用ANSYS軟件進(jìn)行分析求解，對車體結(jié)構(gòu)的實(shí)際設(shè)計提供了有效參考并進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。劉竹清等對某承載式客車的車身骨架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以車身骨架主要型材的截面參數(shù)為狀態(tài)變量，以整車的扭轉(zhuǎn)剛度以及車身低階固有頻率等為約束變量，所建立的模型包含985個殼單元和2519個梁單元。本論文出于對高速動車組安全性進(jìn)行研究的想法，以中國某客車有限公司生產(chǎn)的某型設(shè)計時速為150km/h的大客車的車體為研究對象，對其強(qiáng)度、碰撞性能等方面進(jìn)行研究，以驗(yàn)證該型高速大客車車體的安全性。3.畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容以國內(nèi)某汽車研制中心所開發(fā)的新型大客車為對象，利用有限元數(shù)值分析技術(shù)和動力學(xué)仿真技術(shù)，解決了手工計算根本無法解決的問題。通過車身建模、動靜態(tài)分析計算，獲得該大客車承載特性和模態(tài)特性的參數(shù)，找出車身強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)和危險部位，為結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計和新車型的研究提供了理論依據(jù)。針對大客車的實(shí)際使用工況，進(jìn)行側(cè)翻和碰撞試驗(yàn)，對大客車通過性能的評價提供了理論參考。本論文主要包括以下幾方面內(nèi)容:（1）通過分析車身結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性分析得出，該大客車和一般的車不同。車身蒙皮是主要的承載件，而骨架只是輔助支撐作用。在ANSYS軟件中，對整個模型進(jìn)行材料屬性、截面屬性、約束、邊界條件、載荷和分析步等定義進(jìn)而完成車身有限元模型的創(chuàng)建。（2）針對汽車行駛的不同路況，對車身進(jìn)行了水平彎曲、極限扭轉(zhuǎn)、緊急制動和緊急轉(zhuǎn)彎四種工況下的有限元計算。得出了車身骨架、蒙皮的應(yīng)力和位移分布。為車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度設(shè)計提供了理論參考。（3）根據(jù)該大客車動態(tài)性能要求，又考慮到車身結(jié)構(gòu)和載荷的對稱性。取車身的一半進(jìn)行研究。對一半車身進(jìn)行了正對稱和反對稱模態(tài)分析，提取前30階固有頻率和振型向量。計算得出了車身低階的固有頻率和振型向量。（4）側(cè)翻碰撞模擬仿真。按照歐洲安全法規(guī)(ECER66)對客車進(jìn)行了側(cè)翻碰撞模擬仿真，并將模擬仿真結(jié)果與國內(nèi)實(shí)車側(cè)翻碰撞的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。（5）依據(jù)模擬仿真結(jié)果，對本模擬客車進(jìn)行了適度改進(jìn)，使其最大程度地滿足法規(guī)要求。4.所采用的方法、手段以及步驟等4.1研究方法ANSYS/LS-DYNA軟件大大加強(qiáng)了LS-DYNA的分析能力，用戶可以充分利用ANSYS的前后處理器和統(tǒng)一數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，用于求解三維非彈性結(jié)構(gòu)在高速碰撞、爆炸沖擊下的大變形動力響應(yīng)。軟件推出后深受廣大用戶青睞。本文就是解決某大客車車身骨架早期失效問題采用全板殼模型對車身骨架進(jìn)行了ANSYS有限元分析和設(shè)計。所計算的客車整體骨架由前后圍、左右側(cè)圍、頂蓋和地板骨架以及底架等七部分組成。車身底架部分采用變寬度梯形車架，由兩根沖壓制成的等截面槽形縱梁和十一根橫梁鉚接、焊接而成，其它骨架為全金屬格子?xùn)艡诮Y(jié)構(gòu)，由多種不同規(guī)格的矩形管組成。4.2研究手段根據(jù)客車骨架是由矩形鋼管焊接而成的空間桿系結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大多數(shù)經(jīng)驗(yàn)表明對客車骨架來講，由梁單元構(gòu)成的ANSYS有限元計算模型，精度可以滿足計算要求，同時解題規(guī)模也可以得到了有效控制，因此本文采用空間梁單元來模擬該車骨架結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行靜強(qiáng)度分析時，僅考慮整車骨架對承載能力的影響，不對前后橋、前后懸架、全車外蒙皮、玻璃、倉板、密封板件等進(jìn)行直接建模，而是分別在整車附加質(zhì)量、邊界條件中予以考慮，忽略附件支架、非加強(qiáng)部件等非承載小部件對整車強(qiáng)度的影響，只考慮其對整車的慣性效應(yīng)，同時對骨架焊接接頭進(jìn)行適當(dāng)簡化。4.3研究步驟本文針對國產(chǎn)某大型客車的車身結(jié)構(gòu)，使用大型有限元分析程序ANSYS進(jìn)行強(qiáng)度、剛度分析，并參照2006年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會最新修訂頒布的歐洲安全法規(guī)(ECER66)的要求，對該大客車的車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行了側(cè)翻碰撞的模擬仿真分析。以及對某型客車車身骨架進(jìn)行滿載靜態(tài)和動態(tài)應(yīng)力測試和分析,分析客車車身應(yīng)力分布狀態(tài),對有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證。同時，在仿真分析的基礎(chǔ)上，對客車骨架進(jìn)行了一定的改進(jìn)設(shè)計。改進(jìn)后的骨架結(jié)構(gòu)經(jīng)計算分析證明，可以保證滿足側(cè)翻碰撞的結(jié)構(gòu)安全要求。5.階段進(jìn)度計劃2017.12.20-2018.1.24相關(guān)參考資料的閱讀、與課題相關(guān)的基礎(chǔ)2018.1.25-2018.2.21ANSYS有限元知識、專業(yè)知識的補(bǔ)充2018.2.22-2018.2.23了解客車車身骨架結(jié)構(gòu)振動現(xiàn)狀2018.3.24-2018.3.10查閱資料建立車身骨架的有限元模型，2018.3.11-2018.3.31寫初稿2018.4.1-2018.4.13修改一稿2018.4.14-2018.4.16畢業(yè)論文終稿6.參考文獻(xiàn)梁榮飛,秦建華,鄧晨韻,李穩(wěn).客車車身蒙皮的制作工藝分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2017(05)羅錦邦.承載式客車車身設(shè)計初探[J].內(nèi)燃機(jī)與配件.2017(20)劉丹丹,郭超.城市客車車身結(jié)構(gòu)有限元分析與優(yōu)化[J].汽車工業(yè)研究.2017(09)那景新,安洪蔚,閆亞坤,陳立軍.梁-殼混合分析模型在客車骨架接頭焊縫間距優(yōu)化中的應(yīng)用[J].吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版).2014(01)高云凱,李翠,崔玲,高冬.燃料電池大客車車身疲勞壽命仿真分析[J].汽車工程.2015(01)覃禎員,王欣,顏長征.出口客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的傾翻仿真試驗(yàn)[J].客車技術(shù)與研究.2016(02)謝素明,趙偉,陳秉智,兆文忠.客車車身結(jié)構(gòu)側(cè)翻過程數(shù)值模擬[J].大連交通大學(xué)學(xué)報.2017(02)孫云云,尹明德.基于ANSYS的某客車車身有限元模型的建立[J].機(jī)械工程與自動化.2016(03)孫立君,譚繼錦,蔣成武,阮曉波.某全承載客車車身骨架的有限元分析[J].商用汽車.2015(01)張功學(xué),田楊.基于ANSYS的某客車車身骨架的有限元分析[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2017(06)姚杰.DFA6920KB01Q客車車身強(qiáng)度和剛度分析[J].遼寧師專學(xué)報(自然科學(xué)版).2015(04)尹茂華.基于有限元法的半承載式客車車身結(jié)構(gòu)分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2015(03)張德平,徐譯古,徐斌.客車車身骨架有限元分析[J].客車技術(shù)與研究.2017(03)藺瑞蘭,陳玉杰.客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2017(01)曹文鋼,李輝,陳維,張代勝,陳無畏.客車車身強(qiáng)度與剛度的有限元分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報.2017(03)陶亞誠,張學(xué)榮,蘇清祖.客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[J].汽車技術(shù).2017(09)肖專文,龔曉南.有限元應(yīng)力計算結(jié)果改善處理的一種實(shí)用方法[J].計算力學(xué)學(xué)報.1999(04)Jakubczak,Hieronim,Sobczykiewicz,Wojiciech.Fatiguereliabilityofstructuralcomponents.InternationalJournalofMaterialsandProductTechnology.2016E.Alcalá,F.Badea,á.Martin,F.Aparicio.MethodologyfortheaccuracyimprovementofFEMbeamtypeT-junctionsofbusesandcoachesstructures[J].InternationalJournalofAutomotiveTechnology.2013(5)A.Gauchia,V.Diaz,M.J.L.Boada,B.L.Boada.Torsionalstiffnessandweightoptimizationofarealbusstructure[J].InternationalJournalofAutomotiveTechnology.2015(1)C.-C.Liang,G.-N.Le.Optimizationofbusrolloverstrengthbyconsiderationoftheenergyabsorptionability[J].InternationalJournalofAutomotiveTechnology.2015(2)I.Fernánd