基于概念设计客车车身结构设计和优化系统

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1、基于概念设计客车车身结构设计和优化系统基金项目：国家自然科学基金资助项目(11272077)；辽宁省“百千万”人才项目(2010921057)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DUT12LK10)作者简介：侯文彬(1973-)，男，河北张家口人，大连理工大学副教授，博士摘要：针对客车车身结构概念设计的特点，开发了客车车身结构概念设计与优化系统(简称BCD),建立了参数化的客车车身结构概念模型以该模型为模板，实现了新客车车身结构概念几何模型的创建和车身尺寸参数调整，同时建立了车身系统的静态刚度分析、低阶模态分析、灵敏度计算和优化设计计算的自动化过程，对车身的结构性能和低阶模态进行

2、了有效的预估最后，本文使用该系统计算了某客车车身结构的刚度和低阶模态，并在保证车身质量降低的情况下实现了刚度和低阶模态的提高，有效的改善该车身结构性能，实现了车身轻量化，验证了BCD系统的有效性和可靠性关键词：客车车身；概念设计；车身优化；轻量化分类号：U46221文献标识码：A客车车身骨架是由薄壁杆件组成的复杂的空间高次超静定结构，是整车的关键总成其受力情况复杂，结构分析难度较大，并且其结构性能的好坏与客车车身使用寿命直接相关［1-2］—般来说客车车身结构应该满足如下要求：具备足够的静态结构刚度以满足装配及使用要求；强度上要能承受实际工况中出现的最大静载荷及动载荷，以保证其疲劳寿命；

3、还应具有合理的动态性能以迗到控制振动和噪声的目的［3-4］客车车身的开发流程可以分为：产品策划、概念设计、技术设计、产品试制、产品试验和生产准备6个阶段其中客车车身结构概念设计阶段对于整车开发具有重要意义，是保证整车性能、设计质量及可靠性的重要阶段，是集中体现创造性思维的阶段在实际应用中，客车车身结构概念设计一直是客车车身开发的薄弱环节随着设计人员对概念设计阶段重要性认识的加深，欧美等主要客车厂商越来越注重概念开发阶段的工作，但是总体说来，客车车身结构概念设计的发展水平还远远没有迗到轿车相应水平［5］本文结合客车车身结构概念设计阶段的特点，开发了客车车身结构概念设计系统该系统在概念设计

4、阶段引入参数化设计思想、CAE分析和优化方法，将参数化建模、CAE分析和优化计算集成为一体，实现了CAE分析的智能化和“分析驱动设计”的设计理念，并且对于实现客车车身轻量化具有重要意义1BCD系统介绍BCD系统是在SiemensNX件平台进行二次开发实现，其系统结构如图1所示，为三层体系结构最顶端的用户层提供了供用户操作的向导式界面，该系统将客车车身结构概念设计阶段复杂的操作分解为24步简单操作，使用UIStyler创建了与操作步骤对应的交互式操作界面，并通过底层知识库将已有设计经验作为默认设计参数加载到对话框中，指导用户操作逻辑层分为4个模块，包括几何建模模块、有限元建模模块、求解与

5、后处理模块和车身参数优化模块在几何建模模块中，用户可以对系统提供的客车车身结构概念模型的尺寸参数进行编辑，以创建新的客车车身结构概念模型；在分析模块中用户可以选择分析工况类型，包括弯曲刚度计算、扭转刚度计算和模态分析，系统自动完成对概念模型的网格划分，加载梁截面属性和材料属性，设置载荷值和约束条件，用户既可以选择接受系统提供的这些参数的默认值，也可以根据实际分析需要自行设置需要的参数；在求解与后处理模块，系统自动调用NXNastran求解器进行计算，然后生成后处理视图和分析报告；车身优化模块的主要功能是对概念车身进行灵敏度分析并进行尺寸和形状优化，获得优化的车身结构参数物理层指进行车身

6、结构概念设计时用到的各种数据库，包括车身模板库、梁截面库等，具体指保存有相应信息的电子表格为了实现车身结构概念模型的全参数化，在建立车身结构概念模型时将所有参数信息都存储在相应的电子表格中，形成不同的参数库系统运行时会自动加载参数库中的参数信息，也可以将新的设计参数保存到参数库中逻辑层和物理层通过NX/Spreadsheet电子表格技术建立联系，在逻辑层和物理层之间进行数据传递2客车车身结构参数化的定义实现在BCD系统中，客车车身参数化的实现主要依靠模板完成，模板是一个带有若干产品属性的参数化的车身几何模型，其形状是可调节的系统通过模板可产生新的车身模型下面介绍模板及设计参数21设计参

7、数的确定1）总体结构参数：轮廓尺寸（车长、车高、车宽）、轴距、前悬、后悬因为对于客车车身，接近角、离去角与车身蒙皮有关，车身结构概念模型不考虑车身蒙皮，所以没有选择接近角、离去角作为结构参数图2为车身结构概念模型长度方向上参数定义2）外观特征参数：前门宽度及高度、后门宽度及高度、前后轮轮框宽度、车窗高度前后轮轮框高度及车窗宽度通过调整梁位置实现尺寸调整22概念模型的创建原则建立概念车身参数化模型时，既要考虑车身概念设计阶段的特点，也要考虑到后续