【摘 要】
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随着世界能源日益枯竭以及全球环境变化,节能减排成为了各个行业的首要目标。对于客车行业,纯电动客车车身骨架的轻量化设计对节能减排战略具有极为重要的意义。客车轻量化主
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随着世界能源日益枯竭以及全球环境变化,节能减排成为了各个行业的首要目标。对于客车行业,纯电动客车车身骨架的轻量化设计对节能减排战略具有极为重要的意义。客车轻量化主要有三种方法:优化设计方法、新型材料技术、先进的制造工艺及其连接技术。本文将结合以上方法对某款纯电动大客车车身骨架进行轻量化设计。通过UG三维绘图软件建立纯电动大客车车身骨架CAD模型,将CAD模型导入Hypermesh软件建立有限元模型。并通过有限元方法对纯电动大客车车身骨架进行模态分析、刚度分析以及强度分析。通过分析可得:该纯电动大客车车身骨架存在刚度值较低,且局部应力过大等现象。因此本文先通过拓扑优化设计最大限度提高整车骨架刚度性能,并对标企业标准使刚度性能有一定余量。再通过相对灵敏度分析的尺寸优化结合钢铝混合材料实现纯电动大客车整车骨架的轻量化设计。由于车身骨架结构简单、方钢搭建较为成熟且拓扑空间较小,因此本文只对纯电动大客车的底架进行拓扑优化。采用SIMP差值的变密度法以体积分数为约束条件,以柔度最小为目标函数,对纯电动大客车底架进行多工况线性加权的拓扑优化。根据第一轮拓扑优化结果进行传力分析,局部扩大拓扑空间后展开第二轮拓扑优化。最后根据拓扑结果进行相关骨架的方钢搭建,并对比拓扑前后的刚度值和骨架质量。经过两轮拓扑优化后,弯曲刚度和扭转刚度值均达到了行业标准,增幅分别达到了 50.1%和35.1%,同时底架质量减轻了 48kg。为了使整车骨架进一步达到轻量化效果,本文基于相对灵敏度的钢铝混合车身进行尺寸优化。首先通过钢、铝薄壁梁截面力学性能对比分析和有限元仿真验证选出“X”字型铝合金薄壁梁代替钢材薄壁梁;再采用相对灵敏度的方法确定铝合金替换钢材的具体位置分布,最后进行尺寸优化得出最终客车骨架各方钢的具体厚度。对比原车型与尺寸优化后客车骨架的力学性能与质量可得:客车骨架质量降低了 241kg,减重率达到了10.9%。客车骨架结构的刚度性能、强度性能以及模态性能均得到有效改善。即本次优化在有效改善客车骨架刚强度及模态等力学性能的同时实现了轻量化设计。
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