毕业论文某客车车身结构强度与刚度分析.doc

毕业论文：某客车车身结构强度与刚度分析提示：本文原版含图表word版全文下载地址附后（正式会员会看到下载地址）。这里只复制粘贴部分内容或目录（下面显示的字数不代表全文字数）,有任何不清楚的烦请咨询本站客服。摘要客车车身结构强度越来越受到人们的关注，为此国际上先后颁布了多项有关客车结构的安全性法规，并严格按照法规要求对客车产品进行强制安全认证。本文针对国产某大型客车的车身结构，使用大型有限元分析程序Hyperworks进行强度分析。在此基础上，对客车骨架的结构进行计算分析，并与材料的强度进行比较，分析客车能否正常行驶，为进一步设计提供依据。本论文主要包括以下几方面内容:（1）建模。根据实体模型建立良好的有限元模型。(2) 静态分析。按照要求，对某大型客车进行十种典型工况下的结构分析，校核了该车车身结构的强度。经过计算该客车能在这十种工况下正常行驶。关键词:客车 车身结构 强度修改意见：1、 每种工况结果分析时，说明最大应力作用位置2、其它见批注AbstractThe strength of the bus body structure for safety is paid more and more attention. Thus, the international community has promulgated a number of regulations concerning the safety for the bus structure.In strict accordance with the regulatory requirements for mandatory safety, certification of bus products is enforced. China will also refer to the bus body structure strength standards with international standards of ECER66 formulation and as a basis to carry out the certification of product safety. The newly developed passenger cars must meet safety standards.This paper uses large-scale finite element analysis program Hyperworks for the strength and stiffness analysis of a domestic passenger car body structure. On this basis, the calculation and analysis of the bus skeleton structure, the comparison of the materials the strength , and the analysis of the normal driving of passenger car , provide the basis for further design.The thesis includes the following aspects:(1) modeling. Use a solid model to establish a good finite element model.(2) Static analysi新文秘网wen/144/287731.html省略2486字很好的实施因此开展客车车身结构强度的计算工作，在满足结构强度和刚度的前提下，合理地进行结构设计，以达到轻量化的目的、对车身结构设计具有重要意义。此外，为了加速企业的新产品开发，进一步提高产品的性能和科技含量，必须对现有的车型进行结构强度、刚度分析计算和动态特性分析研究工作，为新车型的研制开发提供借鉴和校核方法随着经济全球化进程的加快，汽车工业的竞争尽益加剧，汽车巨头们都在加紧新车型的设计开发，由于发动机、底盘设计制造技术基本成熟，新车型便主要体现在电子设备和车身造型的更新上。同时，为减少新车型的开发成本、缩短新车型的开发周期、提高新产品的市场竞争力，全球各大汽车公司普遍实施了“平台战略”，车身的开发便是该战略的主要组成部分。我国的客车工业同发达图家相比仍很落后，归根结底就是因为车身技术的落后。因此，随着有限元技术的成熟和高速计算规的出现，汽车结构中绝大部分部件甚至整车有限元静、动态分析和固有特性分析等都可应用这些通用程序或专用程序来分析计算，利用有限元法进行汽车结构的静、动态特性分析已经成为一种趋势。经过对传统设计法等等不合理的分析，研究人员把有限元技术应用到了汽车领域新产品的开发，从此，有限元技术也成为了现代汽车产商应对汽车行业竞争日益激烈的重要手段之一。本课题以某客车的虚拟车身骨架为研究对象，对其结构在10种不同工况下利用Hyperworks进行静态和动态有限元分析计算，定性地分析该车身结构的刚度，验证车身骨架设计。1.3 客车车身结构设计现状和发展趋势大客车车身大多是有薄壁构件焊接而成。从结构力学来看，大客车车身是由空间骨架、抗弯薄板、壳体和应力蒙皮等构件组成的空间高次超静定结构D1。由于结构需要，各杆件结构界面尺寸和厚度各异，而且杆件之间的连接方式也是各种各样的。因此，车身骨架的受力情况也比较复杂，结构分析的难度较大，用经典的力学不可能得到精确解。现代车身结构设计方法有以下几个明显的特点：(1)设计与分析平行。从一开始以满足一定性能要求为目标的机构选型、结构设计，到具体设计方案的比较及确定、设计方案的模拟试验，车身结构设计的各个阶段均有结构分析的参与。车身结构分析贯穿了整个设计过程，这样确定的车身结构设计方案，基本上就是定型方案，由此方案设计出的样车只需一定的验证使用即可定型，大大缩短了车身开发及研制的周期。(2)结构优化的思想被应用在设计的各个阶段。轻量化要求和舒适性安全性要求的不断提高，使车身设计的难度越来越大。为了满足这些要求，必须在设计的开始阶段就引入优化设计的思想，并将其贯穿整个设计阶段。(3)大量的虚拟试验代替实物试验。虚拟试验不仅可以在没有实物的条件下进行，而且实施迅速、信息量大。利用虚拟试验，一方面可以在多个设计方案中选择最优，减少设计的盲目性，另方面可以及早发现设计中的问题，从而进一步减少设计成本，缩短设计周期。我国大中型客车的生产开发经历了修造、仿制、改装、CKD组装、技术引进以及自主开发等阶段。但总体上来说，只有少数几个厂家具备较强的自主开发能力，大中型客车整体自主开发能力仍然较低，与国际先进水平还存在较大的差距。我国大中型客车的安全性、经济性、动力性、稳定性、排放以及噪声等指标仍有很大差距，如客车专用底盘的技术水平大部分只达到了国外上世纪80年代末水平17J，只有个别企业引进产品的技术水平接近国外先进水平。随着计算机软硬件的发展，国内对客车车身进行的分析已经从过去仅限于强度和刚度的静态分析，开始向动态分析上转变。目前，国内利用各种有限元分析软件在对车身骨架进行结构分析方面已经取得了不少成果，但成果主要集中在静态分析上，动态分析较少，与国外的车身结构分析相比明显存在着许多不足。这些差距主要表现在：(1)车身结构开发工作主要还是依赖经验和解剖进口结构进行参照性设计，多用来解决样车试验以后出现的设计问题，设计与分析未能真正做到并行。(2)由于软硬件对计算模型规模的限制，模型的细化程度不够，因而结构的刚度、强度分析的结果还比较粗略。计算结果多用来进行结构的方案比较，离虚拟试验的要求还有相当大的差距。(3)有限元分析主要应用在结构的强度和刚度分析方面，在碰撞、振动、噪声、外流方面的模拟计算才刚刚起步，对车身结构或部件的各项性能指标进行系统分析及优化的实例还未见到。目前，车身骨架有限元分析模型建立的方法主要有两种：一是将车身骨架简化为由梁单元组成的框架结构，其优点是模型处理速度快，缺点是计算结果比较粗略，不能较细的反映出某些复杂结构处的真实情况；另外一种方法是将车身简化为壳单元，其优点是能相对真实的反映处连接部的情况，缺点是前处理时间工作量大，计算时间长。因此，对于如何合理的建立有效的模型还有待于进一步研究。2 有限元法简介2.1 有限元方法与优化理论2.1.1 有限元法概述及其发展和现状有限元法是随着计算机的出现而发展起来的一种新兴的数值计算方法，它能对工程实际中几何形状不规则、载荷和支承情况复杂的各种结构及零部件进行变形计算和应力分析，而车身、车架不论是形状，还是载荷都相当复杂，所以有限元法是计算车身、车架的一种有效而实用的工具。有限元是一种工程很有用的方法，它的主题是把连续的结构分成很多个单元，即利用单元分析的结果来得出结构的整体性能，此方法的力学基础是弹性力学。随着计算机的出现和快速发，有限元法的应用越来越广。现在通常所说的有限元方法都是在计算机中来实现的，特别在最近20年，计算机模拟技术的日益成熟，使得有限元法也在不断变化，不断发展。在21世纪的今天，我国在利用有限元方法上也涉及到很多领域，比如汽车工业、国防工业、机械工业和航空航天工业等。就有限元法来说，近30多年来，它的应用范围已从杆、梁结构分析扩展到了对弹性力学平面问题、空间问题以及板壳问题分析，由分析静态问题扩展到分析动态问题、波动问题和稳定问题，分析对象也从弹性介质材料扩展到粘弹性、塑性等复合材料。由此可见，有限元法已获得了前所未有的巨大发展。在工程实践当中，有限元法可对几何形状不规则、载荷和支承情况复杂的各种结构及零部件进行变形计算和应力分析，这是经典力学所不能及的。由于有限元法这一无可比拟的优越性，它在飞机、船舶、汽车和拖拉机等机械产品的设计中都得到了广泛的应用。有限元法给该军车车身骨架设计提供了先进的设计手段。通过有限元计算可以使我们对车身骨架的受力情况有较精确的了解。在设计初期对其进行有限元计算，可以找出设计中存在的问题，为今后的设计提供重要的理论依据。由于车身骨架结构和载荷的复杂性，优化技术与有限元分析程序相结合，将会获得更好的效果，这也是我们今后进行车身设计的方向。2.1.2 有限元法的特点与传统分析方法相比较，有限元法具有以下特点:(l)不用管分析物体的CAD形状，可以利用有限元多单元进行描述，该方法能适合多种多样的工程结构。(2)利用有限元法时，在单元描述材料特性时，可以任意的按照物体际情况而定。所以不用考虑各结构之间的影响。(3)在有限元分析时，工程人员可以根据物体的实际载荷与约束情况对该物体进行多种工况下的分析，这样大大提高了工程项目的效率，还可中发现载荷与约束之间的相互关系。(4)有限元的各种单元用来模拟计算时，这些单元各自的运算公式是的，这样在计算时，使模拟计算更加快速，也方便在计算机上统一编程，将程序编成模块式结构。(5)有限元分析方法最终的目的是，让工程项目快速的解决，因些有分析不能在计算机中模拟计算的太慢。2.1.3 有限元法的分析步骤有限元方法与一般方法在运用上有以下不同有:(l)有限元方法最突出的特点就是把要分析的结构离散化，这也是该方法先和最重要的一步。该方法是把工程项目中的实物结构或者连续体通过结散化，把其分割成很多更小的单元。这样做就要求工程人员，必须找出与的物体的各各部分一致单元来匹配，最后确定单元的大小、数量及布置。(2)为了确定结构的位移，取有限元模型中的任一单元进行分析。在载荷的前提下，为了准确的描述位移，不妨用插值模式来代替多项式。这样结移就比较容易求出，进而可以确定位移场。(3)在有限元模拟计算时，要对各单元载荷向量户和刚度矩阵进。(4)有限元分析的对象是整个结构，因此在对结构进行有限元计算时要把结构的每个单元的载荷向量和刚度矩阵按相应的方式进行组合，从而得到方程， 用在整个结构上的有限元结点的外力。所以此方程称为总体刚度平衡方程。2.2 常用的有限元分析软件现在不管是在什么领域的发展，有限元分析软件的作用功不可默。这些主要是在50前发展起来的，它们的由来也是因为有限元方法的发展而来的些软件可以通过有限元分析，可以很容易计算出结构应力应变值，碰撞值样致使软件公司开发了很多软件，比如:ABAQUS、MARC、SAP、ASKNSYS、NASTRAN、HYPERWORKS等。这些软件的应用可以使有限元法的应用。特别是在现在，软件的应用是非常重要的。3 车身骨架有限元模型的建立本文所研究的车身骨架模型是某客车。该客车模型是在UG环境中建立的，由汽车厂家提供，如图3.1所示为客车模型的CAD几何图形。它一共由500多个零件组合而成，各零件之间的相互位置和装配关系等都已经确定。本文利用Hyperworks软件建立有限元模型。3.1 Hyperworks简介美国Altair公司的Hypermesh软件是汽车业内公认的优秀的有限元前后处理软件。目前HyPermesh已经成为全球汽车行业的主要的标准配置之一，几乎所有的汽车厂商和大多数汽车配件厂商都在使用HyPermesh。它的优点体现在:具有许多不同的CAD软件的接口，读取如CAD机和模型的速度与效率较高，由于各种有限元计算软件的借口，为各种有限元求解器写出数据文件及读取不同求解器的结果文件，可以实现不同有限元软件之间的模型转换功能，主要体现在一下几个方面：(l)强大的几何输入、输出功能:强大的几何输入功能，支持不同格式的复杂装配几何模型读取，如UG、CATIA、Pro尼、IGES、STEP、VDAFS、PDGS、STL、DXF等格式的输入，支持UG的动态装配，并且可以设定几何容差，几何模型还可以修复，支持IGES格式输出。 Medelbrowser功能有效管理复杂几何模型和有限元装配模型。(2)方便灵活的几何清理功能:支持多种人工化和自动化的几何清理功能，复杂曲面修补，各种缝隙缝合，去除孔洞、相贯倒角等细小特征，抽取薄壳实体中面。曲面修补相贯倒角去除中面抽取。(3)与主流求解器无缝集成:支持十余种求解器Optistruet、Anysys、Ls一dyna3d、Abauus、Pamerash、Nastran、Mare、RadiosS等有限元文件的输入和输出。(4)高质量的网格划分:非常完善的互动式二维、三维单元划分工具。用户可以在划分网格过程中能够对每个面进行网格参数调节，如网格划分算法、单元偏置梯度、单元密度等。HyperMesh还提供了多种三维单元生成方式，可以用于构建高质量的四面体网格、六面体网格和CFD网格。宏菜单和快捷键的使用可以让用户编辑网格更为迅速灵活，这样大大提高了工作效率。用户可以通过