電動(dòng)汽車車架拓?fù)鋬?yōu)化分析
電動(dòng)汽車車架拓?fù)鋬?yōu)化分析,電動(dòng)汽車,車架,拓?fù)?優(yōu)化,分析
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
一 課題研究的背景與意義
· 課題研究的背景
??????? 早期的車架計(jì)算是將車架減化為兩根縱梁, 進(jìn)行彎曲強(qiáng)度的校核，這顯然滿足不了設(shè)計(jì)要求。而后進(jìn)行的車架扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算方法是認(rèn)為車架抗彎曲剛度比抗扭剛度大很多, 進(jìn)而假定車架在扭曲時(shí)整個(gè)構(gòu)件都不發(fā)生彎曲, 這樣就避開(kāi)了車架高次超靜定求解的困難。但這種方法只計(jì)算了純扭轉(zhuǎn)工況, 沒(méi)有能考慮車架的實(shí)際工況及局部扭曲(例如油箱、電瓶等) , 這種認(rèn)為車架工作時(shí)各梁部只扭轉(zhuǎn)不彎曲的觀點(diǎn)是不符合試驗(yàn)結(jié)論的。并且這種計(jì)算方法冗長(zhǎng)繁雜, 計(jì)算量大, 在實(shí)際應(yīng)用中也有一定困難。
??? ?? 隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展, 近來(lái)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)計(jì)算中新興起一種十分有效的新方法一有限元法, 它給汽車車架計(jì)算帶來(lái)了廣闊的前景。有限元方法計(jì)算車架強(qiáng)度問(wèn)題, 不需對(duì)車架進(jìn)行嚴(yán)格的簡(jiǎn)化, 它可以考慮各種計(jì)算要求和條件, 計(jì)算多種工況, 而且方法同樣簡(jiǎn)單, 設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員很容易掌握, 計(jì)算精度高、速度快, 這就給設(shè)計(jì)人員提供了一種十分有效的方法, 并有可能進(jìn)行多方案計(jì)算, 選取最佳設(shè)計(jì)參數(shù)?？梢钥隙? 有限元法在汽車工程計(jì)算中將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。
· 課題研究的意義
??????? 車架在汽車各大總成中是非常重要的部件，特別是在半承載式車身的電動(dòng)貨車上，車架不僅承載著車身、動(dòng)力總成、底盤(pán)系統(tǒng)、內(nèi)外飾和裝載的貨物，還有路面和動(dòng)力總成傳遞過(guò)來(lái)的各種各樣復(fù)雜的靜載荷和動(dòng)載荷。因此對(duì)車架進(jìn)行分析和優(yōu)化就顯得非常重要了，這樣不僅可以準(zhǔn)確地判斷車架的各種性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)和使用的要求，可以在較低的設(shè)計(jì)和制造成本下提高汽車的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
二 設(shè)計(jì)方案
1.運(yùn)用CATIA三維軟件建立電動(dòng)汽車車架
????????汽車車架是汽車上的一個(gè)重要部件, 其中邊梁式車架, 至今仍是汽車車架的重要結(jié)構(gòu)形式。在設(shè)計(jì)中, 人們總是努力在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下盡可能減輕質(zhì)量, 因此設(shè)計(jì)出質(zhì)量輕而各方面性能又達(dá)到要求的車架, 是一項(xiàng)重要的工作。邊梁式車架的布置(例如車架的寬度和橫梁的布置) , 往往決定于整車布置, 在確定車架布置的型式之后, 就有如何設(shè)計(jì)各梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的問(wèn)題, 以往多用類比的方法進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì), 而后驗(yàn)算其強(qiáng)度和剛度, 這種方法得到的只能是近似解, 且精度不夠。車架的設(shè)計(jì)應(yīng)從“類比”轉(zhuǎn)到“優(yōu)化”上來(lái), 例如某車架, 我們先用有限元程序?qū)嚰芙Y(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析, 結(jié)果表明該車架除個(gè)別構(gòu)件應(yīng)力水平較高外, 大多數(shù)構(gòu)件應(yīng)力水平較低, 強(qiáng)度有富余, 且各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力水平相差較大, 很不均勻, 因此很有必要進(jìn)行該車架結(jié)構(gòu)的截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2.建立電動(dòng)汽車車架的有限元模型
???????? 用有限元方法計(jì)算汽車車架, 基本思想是將汽車車架結(jié)構(gòu)化為一組離散單元的集合體。這些單元通過(guò)各自的端點(diǎn)聯(lián)接起來(lái), 便可以代替真實(shí)的車架結(jié)構(gòu)。在單元化過(guò)程中, 要求在每個(gè)單元之內(nèi), 桿件斷面幾何參數(shù)是不變的。實(shí)際結(jié)構(gòu)中變斷面的構(gòu)件, 則以階梯狀一系列單元代替, 單元和單元之間在其端點(diǎn)聯(lián)接, 該聯(lián)接點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。所有載荷和支反力作用點(diǎn)都應(yīng)取為節(jié)點(diǎn)。之后用位移法, 即以節(jié)點(diǎn)位移為基本未知數(shù), 根據(jù)節(jié)點(diǎn)的平衡和連續(xù)條件, 由虛位移原理建立位移法基本方程, 并求得位移解, 之后再根據(jù)位移求出各單元內(nèi)力和應(yīng)力來(lái)應(yīng)當(dāng)指出, 由于車架本來(lái)是由離散構(gòu)件在縱橫梁交叉點(diǎn)鉚(焊) 接構(gòu)成的, 所以離散化的本身并不會(huì)影響解的精確度就是說(shuō), 這種求解方法對(duì)于汽車車架這種結(jié)構(gòu)并不是近似解, 而是精確解。
3對(duì)電動(dòng)汽車車架作動(dòng)態(tài)性能方面的計(jì)算
?????? 由于汽車車架的設(shè)汁與計(jì)算主要考慮靜強(qiáng)度. 所以輕量化的目標(biāo)很難實(shí)現(xiàn)。隨著對(duì)汽車輕量化和降低成本的要求日益迫切, 使得人們?cè)絹?lái)越重視動(dòng)態(tài)特性的研究, 這就需要在設(shè)計(jì)初期預(yù)測(cè)汽車在各種使用情況下的振動(dòng)響應(yīng)和應(yīng)力分布。利用有限元法來(lái)分析汽車的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 在設(shè)計(jì)階段就可以考慮與振動(dòng)有關(guān)的問(wèn)題。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí), 車架的模態(tài)參數(shù)是最為重要的參數(shù)之一, 為獲得這些參數(shù), 可以采用分析計(jì)算法和模態(tài)參數(shù)識(shí)別的實(shí)驗(yàn)方法。利用有限元法, 可根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙和材料特性建立動(dòng)力學(xué)模型。 對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)特性進(jìn)行預(yù)測(cè)。然而在動(dòng)態(tài)分析中, 結(jié)鉤的阻尼特性是很重要的, 應(yīng)用已有的技術(shù)還難從圖形上求得, 因而也就不能進(jìn)行精確的動(dòng)態(tài)分析。而模態(tài)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)具有很高的可靠性, 而且在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上可進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改, 既能定性又能定量地預(yù)測(cè)和改進(jìn)結(jié)構(gòu)的動(dòng)特性, 因此它是CA D 通用的有限元法的有效的補(bǔ)充。
?????????4.對(duì)電動(dòng)汽車車架作了靜力學(xué)有關(guān)方面的有限元研究
?????? 車架在載荷作用下不僅要發(fā)生彎曲變形, 而且還要發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。薄壁桿件的抗扭性能較差, 當(dāng)汽車在高低不平的道路上行駛時(shí), 車架要在更加嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)變形情況下工作, 所以分析計(jì)算車架強(qiáng)度時(shí), 必須考慮薄壁桿件的扭轉(zhuǎn)變形, 了解車架的基本構(gòu)造及材料特性, 有利于進(jìn)行力學(xué)分析。
????????? 5.對(duì)電動(dòng)汽車車架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化
??????? 汽車車架由橫梁和縱梁組成, 根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)我們用分部?jī)?yōu)化法進(jìn)行優(yōu)化。用有限元程序?qū)嚰艿姆N工況進(jìn)行整體分析, 得到它的內(nèi)力分布, 根據(jù)各部分的受力狀態(tài)進(jìn)行分部?jī)?yōu)化, 修改各部分的設(shè)計(jì)變量, 將優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)組成新的方案, 這樣就是一次循環(huán)或迭代, 爾后作一次結(jié)構(gòu)分析, 檢驗(yàn)這個(gè)方案是否可行。
三：預(yù)期成果：車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠順利完成裝配，剛強(qiáng)度符合要求。
四：進(jìn)度安排
2013.12.01-2014.01.15????? 收集資料撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告
2014.01.16-2014.02.28?????? 學(xué)習(xí)掌握catia的使用以及建模方法
2014.03.01-2014.03.02?????? 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
2014.03.03-2014.04.14?????? 建立車架虛擬模型
2014.04.15-2014.04.20?????? 畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查
2014.04.21-2014.05.30?????? 將車架進(jìn)行優(yōu)化并進(jìn)行剛強(qiáng)度評(píng)價(jià)
2014.05.31-2014.06.03?????? 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯
五：參考文獻(xiàn)
?1. 邵超城,劉強(qiáng),龍飛永. 純電動(dòng)汽車車架設(shè)計(jì)及有限元分析[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2011.
? 2.馮國(guó)勝.模態(tài)分析在汽車車架故障診斷中的應(yīng)用.客車技術(shù)與研究[J]. 1993.
?3. 谷安濤, 常國(guó)振. 汽車車架設(shè)計(jì)計(jì)算的有限元法. 汽車技術(shù)[J].1977.
4.? 馮國(guó)勝.，汽車車架強(qiáng)度分析及優(yōu)化: 〔碩士學(xué)位論文〕[D].天津: 河北工學(xué)院, 1993.
?5.?趙玉蘭,王瑩瑩,劉尊年. 電動(dòng)汽車車架的有限元建模及模態(tài)分析[J]. 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車,2012.
?6. 戚景衛(wèi),呂彩琴. 基于扭轉(zhuǎn)工況下的電動(dòng)汽車車架有限元分析[J]. 汽車實(shí)用技術(shù),2012.
?7.陳全世,宋云,王霄鋒. EV－6580電動(dòng)汽車車身－車架的有限元結(jié)構(gòu)分析[J]. 北京汽車,1996.
?8.李紅,張海峰,王憶望,李寒毅. 基于Hypermesh的電動(dòng)汽車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012.
?9. 贠海濤,呂建龍王瑩瑩,. 某型號(hào)電動(dòng)汽車車架的有限元建模及模態(tài)分析[J]. 汽車實(shí)用技術(shù),2011.
?10. 陳偉,李軍,郭超,王文賓,王宏雷. 輕型載貨電動(dòng)汽車車架的模態(tài)分析[J]. 汽車實(shí)用技術(shù),2011.
?11.張阿玲. 一種電動(dòng)汽車車身、車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其性能優(yōu)化[D].中北大學(xué),2012.
?12.侯軍海. 電動(dòng)汽車桁架式車架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[D].中北大學(xué),2012.
?13.? 王憶望. 微型電動(dòng)轎車動(dòng)力傳動(dòng)匹配與結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].揚(yáng)州大學(xué),2011.
?14. 陳偉. 電動(dòng)汽車車架結(jié)構(gòu)有限元分析與優(yōu)化[D].重慶交通大學(xué),2012.
?15.董建華,張三川,褚錚,郭正陽(yáng). 超微型可折疊電動(dòng)汽車車架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化,2013.
?
?
收藏