基于环结构的某商用车车身结构优化设计

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1、学校代码10530学号201510161732分类号TG31密级公开硕士学位论文基于环结构的某商用车车身结构优化设计学位申请人王银指导教师林启权教授学院名称机械工程学院学科专业材料工程研究方向材料成型及数值模拟二〇一八年六月OptimizationDesignofaCommercialVehicleBodyStructureBasedonRingStructureCandidateWangYinSupervisorProf.LINQiquanCollegeSchoolofMechanicalEngine

2、eringProgramMaterialEngineeringSpecializationMaterialFormingandnumericalsimulationDegreeMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018摘要随着我国汽车工业的快速发展，行业竞争力愈发激烈，汽车的安全性能要求也不断提高，设计出高性能的车身结构同时尽量减轻车身质量是主机厂追着的目标。本文运用一种环结构优化方法，根据车身逆向开发设计技术，建立新车型的概念模型。在概念设计阶段及详

3、细有限元设计阶段，以静态刚度和模态为衡量标准，并进行环结构优化，设计出合理的车身结构。论文的主要研究工作如下：1.借助同平台车车身详细有限元模型搭建了概念模型，并通过车身弯扭刚度值和位移分布云图验证了模型精度，说明利用梁单元建立概念模型的可靠性和准确性。根据概念模型的逆向建模方法，运用HyperMesh软件根据新车型的车身外造型A面和总布置尺寸建立概念模型，采用NASTRAN软件对初始模型进行弯扭刚度和模态计算分析，得到概念模型的初始弯曲刚度为7117N/mm，扭转刚度为519089N·m·rad-1，

4、一阶弯曲模态为29.6Hz，一阶扭转模态为26.9Hz。新车型弯扭刚度的目标值分别为8000N·mm-1和650000N·m·rad-1，一阶弯曲扭转刚度模态分别为35Hz和30Hz，由于这些性能达不到新车型的目标，需进行优化设计。2.根据相关标准对新建的白车身概念模型进行环结构分析，从车身横断面环、纵断面环和水平面环三个方面对比分析该车身的环结构与常规车身16个环结构之间的差异。发现该款白车身横截面环结构存在很多不合理的地方，在此基础上进行环结构优化，最终得到概念设计阶段最优的车身结构。概念优化阶段弯

5、曲刚度提高6.1%，扭转刚度提高4.0%，一阶弯曲模态提高8.1%，扭转模态提高4.5%。3.根据最优的概念设计阶段优化模型建立详细有限元模型，进行基础性能分析，得到弯曲刚度为8269N·mm-1，扭转刚度为626967N·m·rad-1，一阶弯曲模态为34.1Hz，一阶扭转模态为29.2Hz。弯曲刚度已达到目标值不需要再进行结构优化，而扭转刚度和一阶弯曲、扭转模态都没有达到目标值仍需进行结构优化。本文提出两种优化方法：一种是环结构优化，另一种是工程应用中常见的基于灵敏度分析的壁厚优化法进行优化。在达到

6、优化目的的同时对这两种优化方法的最终的结果进行对比分析。最后对环结构优化进行试验验证，证明了环结构分析的合理性及高效性。环结构优化效果显著，在工程上很具有实用性，环结构优化对车身设计优化具有一定的指导意义。关键词：环状结构；概念车身建模；弯扭刚度；模态；SSS法AbstractAbstractWiththerapiddevelopmentoftheautomobileindustryinChina,thecompetitivenessoftheindustryisbecomingmoreandmorei

7、ntense,andtherequirementsforthesafetyperformanceoftheautomobileareincreasing.Itisthegoalofthehostfactorytodesignahighperformancebodystructureandreducethequalityofthebodyasfaraspossible.Anewmethodofringstructureoptimizationisproposedinthispaper.Theconcept

8、modelofanewvehicleisestablishedbyusingthereversedevelopmentdesigntechnologyofthebody.Intheconceptualdesignstageandthedetailedfiniteelementdesignstage,thestaticstiffnessandmodearetakenasthemeasurementstandards,andtheringstr