某款半承载式校车的结构安全性分析与优化设计

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1、工程硕士学位论文某款半承载式校车的结构安全性分析与优化设计作者姓名丁虹恺工程领域车辆工程校内指导教师李礼夫教授校外指导教师黄壮利高级工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2015年3月Structuralsafetyanalysisandoptimizationofasemi-integralschoolbusADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：DingHongkaiSupervisor：Prof.LiLifuSouthChinaUniversityofT

2、echnologyGuangzhou,China分类号：U463.82学校代号：10561学号：201221003393华南理工大学硕士学位论文某款半承载式校车的结构安全性分析与优化设计作者姓名：丁虹恺指导教师姓名、职称：李礼夫教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：车辆工程论文形式：□产品研发□工程设计应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：车身结构有限元分析与优化论文提交日期：2015年3月9日论文答辩日期：2015年3月13日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：熊锐委员：邬晴晖、姜立标

3、、曲杰、赵克刚华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：2015年04月02日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交

4、论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，在年解密后适用本授权书。不保密，同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（光盘版）电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：2015年04月02日指导教师签名：

5、日期：2015年04月02日摘要针对校车车体骨架结构静力学强度不足、刚度偏低以及上部车身结构强度不达标等结构安全性问题，根据我国《专用校车安全技术条件》的要求，采用有限元方法分析校车车体骨架的静力学特性、振动特性和碰撞安全性，研究基于静力学特性和碰撞安全性的校车车体骨架结构优化方法。首先，以某款半承载式中型校车为研究对象，研究了校车车体骨架的基础静力学强度、刚度和自由模态振型之间关系，设计了由上部车身骨架和底盘车架构成的校车车体骨架三维实体模型，建立了基于Hypermesh的校车车体骨架的壳网格单元有限元模型。为了验证有限元模型

6、，设计了基于机械电测技术的校车实车静力学强度实验系统，通过实验数据分析验证了所建立的校车车体骨架有限元模型的正确性和可靠性。在此基础上，利用Hyperworks有限元分析软件计算了对称垂直载荷和反对称垂直载荷下校车车体骨架的弯曲刚度和扭转刚度，以及满载匀速直线行驶工况、满载单轮越障工况等五种典型工况下的校车车体骨架结构的静力学强度。接着，研究了基于校车碰撞安全性的LS-DYNA显式非线性有限元算法的原理，分别设计了模拟校车上部结构强度试验和顶部结构强度试验的有限元仿真分析流程，分析了在侧翻碰撞和顶部压溃的条件下校车上部结构强度和

7、顶部结构强度，并依据《专用校车安全技术条件》对其碰撞安全性进行了评价。然后，针对其静力学强度不足，整车弯曲刚度和扭转刚度值较低，以及上部结构强度不符合法规要求的问题，根据数学规划方法的优化原理，研究了基于半承载式校车车体骨架静力学特性和碰撞安全性的结构拓扑优化和尺寸优化设计方法，先以车架刚度最大化为优化目标函数进行基于Optistruct的纵梁间区域拓扑优化设计，得到最佳的横梁分布位置和上部车身的优化拓扑结构，再以Mises应力极值230MPa为约束，进行梁截面的尺寸优化设计。最后，对比分析了优化后半承载式校车车体骨架的弯曲刚度

8、和扭转刚度以及在满载匀速直线行驶工况和满载单轮越障工况下的静力学强度，并进一步分析了侧翻碰撞过程中优化后校车车体骨架的上部结构强度。关键词：校车安全；车身有限元；结构强度；结构优化IAbstractForschoolbusbodyskeletonstructur