基于ANSYS的大学生节能车结构优化设计【三维PROE】[含高清CAD图纸和文档源文件]
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三维PROE
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ANSYS
大学生
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毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 基于ANSYS的大学生节能车结构优化设计院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程B07-8 学 生 姓 名: 王梦寒 导 师 姓 名: 王 强 开 题 时 间: 2011.3.14 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日毕业设计（论文）开题报告学生姓名王梦寒系部汽车与交通工程学院专业、班级车辆工程B07-8指导教师姓名王 强职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称基于ANSYS的大学生节能车结构优化设计一、课题研究现状、选题目的和意义1、研究现状我国是一个能源资源相对缺乏的国家，随着当前我国国民经济和汽车工业的快速发展, 以及由此带来的能源消耗和环境问题的日益突出, 交通节能减排工作的重要性不断增加,而汽车节能减排则又是其中的重要组成部分, 重要性不言而喻。国家“十一五”规划和“十七大”都对汽车的节能减排提出了要求，并将发展新能源汽车、节能汽车等政府策略逐渐上升为国家战略。考虑到我国当前汽车节能技术发展的实际情况, 除了推行节能惠民车型并已着手限制汽车的排量，并已积极推进以混合动力、燃料电池、先进柴油、醇类汽车等为代表的新能源汽车技术的研发力度，为了响应国家的号召及适应全球对新能源汽车的需求，一汽集团、上汽集团、长安汽车以及清华大学、吉林大学、华南理工大学等企业和高校一直致力于汽车节能减排技术的研究。电控燃油喷射系统的普及，进、排气控制技术、柴油机电控技术的应用以及电动汽车、混合动力汽车等的开发，比亚迪汽车、哈飞汽车、长安汽车等在陆续研发出的电动（出租）汽车、混合动力车；辽宁曙光汽车也已研发出电动公交车，为我国新能源汽车行业的发展奠定了基础。另一个推进汽车节能减排工作的措施就是大力研究开发适合我国现阶段汽车行业技术现状,以及适合大量在用汽车的高性能汽车节能产品。并通过各种场合及汽车大赛来宣传新能源车型和节能车的重要性，用以控制日益增长的碳排放量。众所周知，日本是一个自然资源极度缺乏的国家，因此在资源的利用以及新能源的研发方面都是极其重视并在一些节能技术方面处于世界领先地位，单是汽车产业，日本汽车就以其良好的经济性风靡全球。本田公司早在20世纪80年代便开始创办汽车节能大赛，已风靡各国；丰田公司又研发了世界上为数不多的量产混合动力车普锐斯。同样在汽车工业发达的欧美，汽车节能技术的研发始终被放在汽车发展问题的最前沿，如外界广泛所说的大众黄金组合“TSI+DSG”技术。每年在欧美车展上，由欧美各大汽车厂商研发的新型环保概念车都有亮相，有些车型也已经投产，其中大多数以电动汽车为主，如由美国通用汽车公司旗下雪佛兰品牌的科鲁兹系列车型已研发出科鲁兹电动车。欧美等发达国家已开始提倡使用电动汽车用以缓解日趋紧张的全球能源供应，不仅是新能源汽车，欧美也在大力发展传统汽车的节油技术，比如宝马的Valvetronic技术，与之相同的是日本本田的VTEC和丰田VVTi，但这些技术仍未实现全电子控制，而且通常仅对进气门的升程和开闭时刻进行控制，所以发动机的进、排气控制技术仍有较大的开发潜力。发动机缸内直喷技术等技术的研发，也为传统汽车的节油技术的发展提供了参考。2、选题目的和意义随着汽车的发展形式和设计思想的转变，节能汽车与新能源汽车的开发逐渐并已成为是全世界的课题。而目前在环保节能车方面，仍然处于探索阶段。环保节能车大致可分为：新能源汽车，混合动力车及利用新技术改善汽车的运行条件从而实现对汽车使用者对燃油经济性的要求。而每年又有大大小小的汽车节能比赛，使得节能车渐渐地深入人心。各大汽车厂商每在大型汽车展销会上均有节能概念车发布，也表明要建设节能社会低碳社会的决心。减小车重、降低风阻、改善发动机系统等技术，以改善汽车燃油经济性。但由于生产和维修等条件的不足；生产条件和整车材料的技术要求不成熟，使得很多节能概念车没有量产。由日本本田公司发起的“HONDY”杯大学生节能车大赛便是旨在通过比赛提高社会的节能和环保意识，以推动全球车辆节能技术的发展为目的的比赛。由大学生所设计的节能车，在于以最低的燃油消耗量行驶最长的里程，不仅标志着当代大学生对环境保护的意识在提升，更是对节能车开发形式的一种探索。随着汽车行业的蓬勃发展，也随之进入了一个以“节能、环保、安全”为主题的全新汽车发展时期。这不仅顺应了对生活环境条件改善的要求，也符合建设低碳社会、低碳生活的原则。地球是我们赖以生存的家园，保护地球是我们的责任。在资源紧张、温室效应加剧、极端天气频发的条件下。开发节能车已被各国重视，很多国家、科研所和大学投入专项资金用于研发节能车。节能车的开发不仅利于当代，而且是功在千秋的一件大事。在20世纪末期，由于CAD/CAM/CAE技术的普及，不仅提高了设计工作效率而且影响了全球的机械行业。AutoCAD是由Autodesk公司开发的一款以机械、建筑制图为主要功能的二维制图及三维建模软件，CAD现已成为机械行业二维制图的代名词，并成为机械行业制图的行业标准。Pro/E是由美国PTC公司开发的一款计算机三维辅助设计软件，被广泛应用在机械设计与制造、模具、家电、工业造型等行业并为用户提供了一整套从设计到制造的完整的解决方案，在业界享有很高的声誉。CATIA是由法国Dassault公司开发并由IBM公司负责销CAD/CAM/CAE/PDM集成化应用系统，并在世界CAD/CAM/CAE软件中处于领先地位。CATIA起源于航空工业，现已被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船等行业。ANSYS软件是融结构流体、电场、磁场、声场、热传导等领域静力学、动力学及边界耦合问题分析与一体的大型通用有限元分析软件。为了方便ANSYS与CAD软件之间的联系，ANSYS软件在设计之初便预留了与其它软件进行连接的转接接口便于ANSYS软件与其它CAD软件实现数据共享和交换。本课题所设计的大学生节能车是基于ANSYS的结构优化设计，不仅可利用Pro/E和CATIA三维建模软件对节能车进行车架及车身造型设计，而且可以通过ANSYS的转接接口导入外部三维图像到ANSYS软件中进行有限元分析并利用有限元的分析结果对节能车进行结构的优化设计。本设计可以使大学生了解节能车的构造，培养大学生创新设计能力，还可以提高民众对低碳生活的认识，为创建低碳社会，过低碳生活贡献一份力量。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1 、设计基本内容本设计为全国大学生节能车比赛用车，要求车身长小于3m，自重小于60kg，乘载1人，驾驶员重量小于40kg，1公升汽油能行驶里程大于300公里，行驶速度大于50km/h，能够变速，要求零部件材质轻，车身外形设计要求风阻小，流线型好，即节油又美观。应在详细分析节能车结构形式及工作原理基础上，完成总体方案的设计；利用AutoCAD完成大学生节能车二维结构设计并进行校核计算，分析大学生节能车制作工艺；利用三维建模软件Pro/E和CAITA完成大学生节能车车架和车身的三维建模，并利用Pro/E进行节能车的虚拟装配；利用ANSYS软件进行有限元分析：主要包括对车架的静力分析和模态分析、关键零部件的静力分析及模态分析并依据分析结果进行结构优化设计。2、 拟解决的主要问题（1）节能车二维结构设计并进行校核计算；（2）分析节能车的制作工艺；（3）节能车三维建模；（4）节能车整车装配及设计；（5）有限元静力学分析；（6）有限元模态分析；（7）节能车结构的优化设计。三、技术路线（研究方法）由于计算机辅助设计的普及，使得设计更趋于合理。因此便引用计算机辅助设计软件进行设计结构及设计方案的优化。AutoCAD软件是二维制图软件，Pro/E和CATIA均是三维建模软件，ANSYS是通用的有限元分析软件。首先在AutoCAD软件中将车身及车架尺寸绘制出并按照设计要求对车架进行校核，依据二维尺寸分别在Pro/E和CATIA中对车架及车身进行建模，使用CATIA对车身进行曲率分析；在经过ANSYS进行对静力学分析后，在Pro/E中进行装配及运动干涉检查以便及时发现设计不足。为了提高汽车运行的高效化，在设计车身造型时，应考虑到设计的更趋流线型，降低汽车车身风阻系数；同时也可用轻质且强度足够的材料制造车身，便可以减轻车重。对于车架的设计是基于车身造型基础上同步进行的，车架的设计要能够承受整车重量，对车架的选材要求具有足够的强度，并对车架进行制作工艺的分析。通过使用计算机辅助设计软件对车身进行曲率、模态、流体性能的分析，可以详细了解到车身设计是否符合要求，方便改进车身设计的不足。通过ANSYS有限元分析软件分析对车架进行静力学分析可以找出车架设计的缺陷，便于改进车架。使车身及车架整体性能得倒提升，达到设计方案的优化。从而分析出结构设计的缺陷，方便设计人员进行改进；同时对于一些不需要的部件则采取弃用的办法从而达到设计方案的优化。拟采用的技术流程如下所示：四、进度安排（1）调研，资料收集，完成开题报告； 第12周（2月28日3月11日）（2）确定整车设计方案； 第3周（3月14日3月18日）（3）节能车二维结构设计及校核； 第45周（3月21日4月1日）（4）大学生节能车制作工艺分析； 第6周（4月4日4月8日）（5）Pro/E对车架建模；CATIA对车身建模； 第7周（4月11日4月15日）（6）Pro/E完成虚拟装配； 第8周（4月18日4月22日）（7）ANSYS有限元分析； 第910周（4月25日5月6日）（8）对结构进行优化设计； 第1112周（5月9日5月20日）（9）撰写说明书； 第1314周（5月23日6月3日）（10）设计说明书的审核、修改； 第1516周（6月6日6月17日）（11）毕业设计答辩准备及答辩。 第17周（6月20日6月24日）五、参考文献1 刘惟信.汽车设计M.北京：清华大学出版社, 2001.2 黄向东.汽车空气动力学与车身造型M.北京：人民交通出版社, 2000.3 王宏雁,刘忠铁.汽车车身造型与结构设计M.上海：同济大学出版社, 1996.4 邓仕珍,范淼海.汽车车身制造工艺学M.北京：北京理工大学出版社, 2008.5 齐乐华,杨方,王俊勃.工程材料与机械制造基础M.北京：高等教育出版社, 2007.6 雷磊.节能竞技车研发技术的研究D.西安：长安大学,2008.7 赵岩.节能竞技车的研发与技术研究D.西安：长安大学,2009.8 孙艳鹏.载重汽车车架有限元分析及优化D.重庆：重庆交通大学,2008.9 郭军朝.理想车身气动造型研究与F1赛车空气动力学D.长沙：湖南大学,2007.10 许文靖.现代汽车节能技术探析J.科技创新导报,2009, (24)：78.11 汪卫东.汽车车身设计现状及发展J.汽车与配件,2005, (27)：32-35.12 刘齐茂.汽车车架的结构优化设计J.机械设计与制造,2005, (4)：1-3.13 王桂姣,周建美.节能车车架选型和轻量化设计J.汽车科技,2008,(5)：41-44.14 杨德亮.混合动力汽车研究现状及发展趋势J.交通节能与环保,2007,(2)：22-25.15 焦健,唐林,许书权.我国汽车节能产品现状分析J.交通节能与环保,2007,(4)：2527. 16 马迅,盛勇生.车架刚度及模态的有限元分析与优化J.客车技术与研究,2004,26 (4)：8-11.17 白爱英.塑料在汽车制造业中的应用与发展J.科技情报开发与经济,2006,16(14)：135-136.18 王新彦.基于ANSYS的越野赛车车架模态分析J.拖拉机与农用运输车,2009,36 (4)：28-32.19 钟佩思,孙雪颜,赵丹等.基于ANSYS的货车车架的有限元静态分析J.拖拉机与农用运输车,2008,35 (2)：
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