【摘 要】
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客车车身骨架是客车的主要承载结构,而采用传统设计方法,在现有车型基础上改装而成的燃料电池客车,在实际运行中常会出现局部强度不足、材料冗余或整车性能差等问题。另外,电堆、氢气瓶及其附属系统质量较大,会大大增加客车整车质量。因此利用现代化的设计方法,在满足车身骨架强度和刚度的要求下,对车身骨架结构进行结构优化设计和轻量化设计对客车整体性能的改善意义重大。以某燃料客车车身骨架为研究对象,根据车身骨架二维
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客车车身骨架是客车的主要承载结构,而采用传统设计方法,在现有车型基础上改装而成的燃料电池客车,在实际运行中常会出现局部强度不足、材料冗余或整车性能差等问题。另外,电堆、氢气瓶及其附属系统质量较大,会大大增加客车整车质量。因此利用现代化的设计方法,在满足车身骨架强度和刚度的要求下,对车身骨架结构进行结构优化设计和轻量化设计对客车整体性能的改善意义重大。以某燃料客车车身骨架为研究对象,根据车身骨架二维图纸,利用三维建模软件Creo搭建了车身骨架的几何模型,并在此基础上利用Hypermesh软件构建了车身骨架的有限元模型。根据有限元分析理论,完成了车身骨架4种典型工况(水平弯曲工况、极限扭转工况、紧急转弯工况和紧急制动工况)下的静强度计算,获得了车身骨架结构的应力分布和变形情况,并根据刚度和强度评价指标对结果行了分析评价。基于模态分析理论,对车身骨架进行了自由模态分析,重点分析了低阶频率对车身骨架振动特性的影响,为车身骨架结构优化设计提供了参考数据。根据车身骨架静强度和模态分析结果,重点选取客车顶盖骨架和底盘骨架结构为研究对象,对车身骨架进行了灵敏度分析,筛选出了43个对车身质量较为敏感的杆件厚度参数。基于灵敏度分析结果,以车身骨架质量最小为目标函数,扭转刚度和一阶扭转频率为约束条件,对车身骨架进行了尺寸优化设计。根据尺寸优结果和钢材型号国家标准,最终确定了车身骨架的轻量化设计方案,并对优化前后的车身骨架结构进行了性能对比。结果表明:在满足车身骨架各项性能要求的前提下,车身骨架减重0.345t,减重比达8.79%,轻量化效果显著,结构优化设计方案可行。
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