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%。