基于ANSYS及灵敏度分析的客车结构轻量化设计

电动客车发展迅速,社会对电动客车的需求日益增加。客车满载时对动力需求高,电池组的数量多,车身总质量偏大,导致电池损耗加快,客车行驶里程降低。优化车架的结构设计,实现轻量化是延长电池使用寿命、提高行驶里程的有效途径之一。为达到某型电动客车在满足各工况强度要求的前提下实现轻量化的目的,选取4种典型工况,包括匀速直线行驶工况、弯扭工况、紧急制动工况和紧急转弯工况,建立了客车车身结构的有限元模型。由ANSYS Workbench分析计算得到了4种不同工况下的应力、变形。以有限元分析结果为依据,对车架进行了优化设计。根据优化设计理论,以车身质量最小为目标函数,以构件厚度为设计变量,以底架应力和扭转刚度作为设计约束,利用NASTRAN软件计算了车架刚度对关键构件厚度的灵敏度。对刚度相对灵敏度较低的部件进行了轻量化设计,如将车门支撑部件、车架侧围等部件型材厚度由3 mm减薄至2 mm,对刚度相对灵敏度较高的部件进行了加厚处理,如将车架主要受力部件厚度由4 mm加厚至5 mm,以此来提高整车的扭转性能,提出了较为合理的车架轻量化设计方案。更新了优化后的车架模型,再利用有限元分析对比了优化前后最大应力及变形结果。经对比分析,在满足各工况强度要求的前提下,整车质量下降52 kg,车架质量降幅达2%。     

基于灵敏度分析的商用车车架轻量化设计

运用Hyper Mesh软件建立某商用车车架的有限元模型,通过模态分析得到车架的动态特性,并结合模态试验验证了有限元模型的准确性。在此基础上对车架进行了弯曲刚度和扭转刚度分析。对车架部件进行了质量灵敏度、1阶固有频率灵敏度和柔度灵敏度分析,基于相对灵敏度分析结果确定车架的设计变量,以车架总质量最小化为目标,以车架1阶固有频率、弯曲刚度和扭转刚度不下降为约束条件,建立车架尺寸优化模型。优化结果表明:优化后的车架总质量减轻6.14%,同时第1阶固有频率提高6.09%,弯曲刚度提升1.21%,扭转刚度提升0.58%,验证了该车架轻量化思路的可行性。     

基于相对灵敏度分析的中型客车车架轻量化设计

建立了某客车车架的有限元模型,分析了车架的弯曲和扭转刚度。对车架各构件进行了灵敏度分析,取质量灵敏度与刚度灵敏度之比较大的构件厚度作为设计变量,以质量最小作为目标函数,以位移为约束条件,对车架进行了轻量化设计。优化结果表明,基于灵敏度分析的优化设计方法可行,轻量化效果明显。     

基于相对灵敏度分析的客车车架轻量化

以某客车车架为研究对象,进行模态分析并与试验模态比较,验证了有限元模型的准确性;进行刚度分析,验证了该车架弯曲刚度和扭转刚度符合设计要求。在此基础上,考虑车架结构件板厚对其低阶模态参数及质量的影响,对主要部件的板厚进行频率灵敏度和质量灵敏度分析。引入相对灵敏度,提取相对灵敏度较大的部件以板厚为设计变量进行优化分析。优化结果表明：车架固有频率降低,同时车架的质量也减少,达到了轻量化的目的。     

基于MSC.Patran的牵引车车架轻量化设计

基于有限元分析软件MSC.Patran,建立了某牵引车车架的有限元模型,提出了降重100kg的轻量化方案;对轻量化前后车架进行纯弯曲和扭转工况应力分布对比分析,证明优化后车架的可靠性更高;对轻量化前后车架进行模态分析,证明优化后车架固有频率和振型变化不大,实现了轻量化目标。     

某轻型载货车车架轻量化分析

根据项目组的要求,对某轻型载货车车架进行轻量化验证分析。文章基于有限元法,运用Hypermesh、Nastran等有限元计算分析软件,建立车架有限元模型,对车架进行模态及扭转模量分析,在垂向弯曲工况、紧急转弯工况、过坑扭转工况、紧急制动工况四种恶劣工况模式下对车架进行强度校核分析,通过对优化前后分案的分析对比,优化后方案的模态、扭转模量与优化前相当,强度方面优于优化前方案。分析结果表明,新方案模型可以替代原方案模型,轻量化设计成功减重27Kg,约为优化前质量的9.7%。     

基于灵敏度的SUV车架多性能综合优化

建立某SUV车架的有限元模型,对车架进行弯曲刚度、扭转刚度和模态分析,并进行车架的弯曲和扭转刚度测试,测试结果验证了有限元模型的准确性。按照质量敏感度因子排序确定车架主要构件的优化对象,包括零件料厚和纵梁截面尺寸,并建立多目标优化模型。在提升弯扭刚度和低阶频率达到设计目标的同时,降低车架的总质量,达到轻量化设计的目标。     

全承载式大客车车身结构多目标优化

建立了全承载式大客车车身骨架的有限元模型,对车身骨架结构进行了振动模态和静力学分析.然后对车身骨架结构进行设计参数灵敏度分析,得出车身骨架扭转刚度和一阶扭转频率对各部件设计参数的灵敏度.在此基础上,以车身骨架杆件厚度为设计变量,通过两阶段结构优化设计,在整车骨架质量增加很少的条件下,提高了整车结构的扭转刚度和一阶扭转频率值;同时,一轮悬空工况下的整车结构应力峰值明显下降,应力分布更加均匀,整车骨架结构设计更为合理.     

刚度、强度与频率约束下的白车身板厚尺寸优化

全面地考虑了刚度、强度与频率约束,对某轿车的白车身结构进行轻量化设计。首先根据工艺要求对白车身结构进行了组件化建模,选取了关键的82个组件,每个组件中的板单元的厚度相同。其次在静态弯扭工况与自由模态工况下对车身结构进行了有限元分析。然后以质量最小为目标,以弯扭刚度、应力和前3阶固有频率为约束条件,板厚为设计变量,建立了白车身结构优化模型。最后采用序列线性规划进行非线性优化,取得了良好的轻量化效果:白车身质量减轻34.6kg,减轻率达11.4%。     

基于ANSYS Workbench的FSAE赛车车架有限元仿真及其轻量化

首先利用ANSYS Workbench对根据中国大学生方程式汽车大赛赛规设计的赛车车架进行有限元分析,得到弯曲、转弯、制动、扭转四种不同工况下赛车车架位移、应力的云图分布,然后根据分析结果对赛车车架进行轻量化,并将优化后车架再次进行有限元分析,其强度和刚度均符合赛规要求。结果表明,该设计不仅达到了赛车车架轻量化的目的,将赛车车架的质量由33.555kg降低为28.973kg,并且优化后的车架各项性能均得到了显著提升。     

Stress sensitivity analysis and optimization of automobile body frame consisting of rectangular tubes

At conceptual design stage, beam element is extensively used to create the frame structure of automobile body, which can not only archive the accurate stiffness but also reduce much computational cost. However, the stress definition of beam element is very complex so that the stress sensitivity and optimization are difficult to analytically derive and numerically program. This paper presents an solution to this problem and an application in the lightweight optimization design of automobile frame. Firstly, maximal Von Mises stress of rectangular tube is calculated by using the superposition of stress, which is together induced by the axial force, bending moments, torsional moment and shear force. Secondly, the sensitivity of Von Mises Stress with respect to size design variables: breadth, height and thickness are derived, respectively. Thirdly, an optimal criterion is constructed by Lagrangian multiplier method to solve the frame optimization with stress constraints. Lastly, numerical example of car frame proves that the proposed method can guarantee the stress of each beam element almost fully reaches at the yielding stress.     

基于应力比的偏压隧道施工工法及顺序研究

浅埋偏压隧道施工工法及开挖顺序的合理选择，直接影响隧道周边围岩及支护结构的安全性。以回头沟隧道浅埋偏压段右幅进口段为工程依托，运用MIDAS/GTS软件进行二维数值模拟，通过对台阶法、单侧壁导坑法、环形开挖留核心土法、CRD法等不同施工工法下控制点Von Mises应力比的对比分析，及单侧壁导坑法、CRD法等不同工法在不同开挖顺序下控制点Von Mises应力比的对比分析，研究Von Mises应力比是否可以作为比选施工工法和开挖顺序的指标。     

基于拓扑优化和灵敏度分析的车架轻量化改进

对某货车车架进行有限元分析,通过有限元法和试验验证该车架存在局部应力过大的问题,但是整体可进行轻量化改进,利用拓扑优化理论进行优化分析,根据优化结果和生产实际,给车架增加一根横梁以消除其应力集中现象;根据静态灵敏度分析确定弯曲应力和体积对厚度的灵敏度,并找出敏感部位,通过优化计算提出轻量化修改方案。     

儿童安全座椅中填充吸能泡沫对头部的保护效果分析

采用Pam-Crash仿真软件,在已验证的6岁儿童乘员有限元模型上,施加ECE R129法规中规定的减速度曲线,以模拟汽车在侧面碰撞事故中后排儿童乘员的头部损伤情况。通过头部质心合加速度、头部性能指标(HPC)、脑组织Von Mises应力、颅内压、剪切应力和泡沫与头部之间的接触力等评价指标,研究侧面碰撞时安全座椅侧翼结构中头枕部位填充吸能泡沫对儿童乘员头部的保护效果。结果表明:安全座椅中填充泡沫可有效降低侧面碰撞对头部的损伤,且填充PU泡沫的保护效果要优于EPS泡沫。     

GL6466轻型客车车身结构轻量化优化研究

用梁单元建立了GL6466型轻型客车车身骨架有限元模型,并验证了模型准确性.以车身总质量为目标函数,选取车身骨架主要型材的截面参数为设计变量,以车身弯曲刚度和扭转刚度、关键部位应力、1阶扭转固有频率为约束条件,进行灵敏度分析.根据灵敏度分析结果确定优化设计变量,对该轻型客车车身结构进行优化后,车身总质量减轻8.1％,而...     

行人头部与车辆碰撞中旋转速度对颅脑组织响应影响

为了探究旋转速度在行人头部与车辆碰撞中对颅脑组织响应影响,对46例真实交通事故进行了运动学重建获得行人头部与车辆碰撞线性、旋转速度分布特征,并依此建立了头部与风挡、发动机罩碰撞有限元仿真模型,分析了头部旋转速度在不同线性速度和碰撞位置下对颅脑应力应变响应影响特征.结果表明:在行人头部与风挡碰撞中,当线性速度小于40 k...     

货车车架的等效载荷简化

为了探讨货车的货箱和车架荷的简化问题，设计和制作箱－车架模拟试验装置，通过试验证明了货箱和车架之间的相互作用力是以集中力形式传递的，并且货箱的结构形式对车架的受力有显著影响，为了进一步验证模拟试验的结论，等效载荷的简化模型是可行的，实际车架结构的应力计算也进一步支持了货箱－车架模拟试验的结论。     

特殊工况下货车驾驶室的结构优化

以某轻型载货汽车为例,建立驾驶室有限元模型,通过实验模态与数值模态对比进行模型验证。驾驶室与车架通过翻转机构连接,决定了载荷工况的特殊性。分析驾驶室的受力情况。在外载不变的情况下,基于各部件板厚的灵敏度值,对驾驶室进行轻量化处理。轻量化结果用于外部载荷大小的更新,计算得到结构改进后的驾驶室强度。分析结果表明：通过对灵敏部件的板厚修改,在总车身质量减小的情况下,白车身的强度也有一定提高。     

载货汽车车架纵梁结构优化设计

本文以某载货汽车车架纵梁设计为研究对象,首先运用材料力学计算公式,计算出槽型截面车架纵梁的力学参数,并对其进行分析,讨论纵梁截面变化对力学参数的影响,最后结合有限元分析对设计的车架静强度进行校核,得到的结果满足了使用要求,且达到了轻量化的设计目的。     

基于有限元分析的轻卡车架优化设计及其台架试验

结合某轻型卡车车架的开发工作,对车架进行有限元分析。首先应用HyperWorks软件,选择合理的单元类型进行车架网格划分、螺栓连接和焊接结构的模拟,建立带有驾驶室、车厢、各支架以及前后钢板弹簧悬架的较为完整的整车有限元模型,研究不同工况下的约束和载荷添加方式,并使用NX.Nastran求解出车架在不同工况下的应力分布。然后根据计算结果,对车架进行改进设计和轻量化设计,优化设计的车架比原设计重量减少了4.93%,且解决了强度不足的问题。最后,对车架样件进行弯曲工况下的应力试验,试验数据和有限元计算结果有较好的一致性。