考虑碰撞荷载的电动保洁车车架轻量化研究

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1、分类号：U469.72+2密级：不保密UDC：621学校代码：11065硕士学位论文考虑碰撞荷载的电动保洁车车架轻量化研究史津竹指导教师张洪信教授学科专业名称机械工程论文答辩日期2015年6月13日摘要某款电动保洁车在城市环卫场合应用愈加广泛，但是车载电池的比能量较低，对其进行轻量化研究非常有必要。车架作为汽车的核心部件，结构特点直接影响着汽车的性能。以改善车架静、动态性能为目的，应用拓扑优化以及有限元法对车架力学性能进行了研究。首先对车架进行了考虑碰撞荷载的多目标拓扑优化，获得车架在碰撞荷载下的最佳结构分布；然后利用CATIA对改进方案进行了

2、参数化设计，改进后车架的总质量降低了3.3%；最后对改进前后车架进行了静力学分析、模态分析以及正面碰撞分析，通过对比得出车架的整体强度以及前5阶自然频率均有所提高，弯曲刚度、扭转刚度比原车架分别提高了9.96%、10.37%，正面碰撞驾驶室变形量比原车架减少12.76mm，验证了车架基于碰撞荷载的多目标拓扑优化方法的的正确性和可行性。针对改进后车架静力学分析中的最危险工况，基于组合优化算法利用Isight集成CATIA与ABAQUS，以车架3种主要矩形梁截面参数为设计变量，对车架进行了轻量化研究。经过526次全局搜索寻优以及104次局部寻优达到

3、收敛，集成优化后车架取型钢标准后的总质量为240.402kg，比原车架的总质量273.153kg降低了11.99%。集成优化后车架最大等效应力为163.8Mpa，满足强度要求；正面碰撞驾驶室塑性变形量比原车架减少了7.08mm，实现车架轻量化为目标的同时，提高了整车的耐撞性。将正面碰撞工况作为荷载施加到多目标拓扑优化中，对于研究车架结构耐撞性优化具有重要的参考价值；采用Isight进行集成设计优化，充分发挥了CATIA和ABAQUS的能力，同时基于组合优化算法的应用，也显著提高了集成优化的效率和精度。研究成果丰富了车架设计优化方法，对车架轻量化

4、研究具有重要的指导意义。关键词：电动保洁车车架；碰撞荷载；多目标拓扑优化；组合优化算法；轻量化AbstractTheelectriccleaningvehiclehasanextensiveapplicationinmanygreenspacesofthecity,butthespecificenergyofon-boardbatteryhasalowyieldofenergy,thereforethestudyofweight-reductionresearchofelectriccarisnecessary.Thevehicleframei

5、sthekeypartoftheelectricvehicle,thevehicleframestructuredirectlyinfluencedthecar’sperformance.Inordertoimprovethestaticanddynamicperformanceoftheelectricvehicleframe,thetopologyoptimizationandfiniteelementmethodareappliedtothestudyoftheframemechanicalperformance.Firstly,thec

6、ollisionloadisappliedtothemulti-objectivetopologyoptimizationforthevehicleframeandwegettheoptimalmaterialdistributionofthecleaningvehicleframe.ThentheimprovedframemodelisestablishedinCATIAandthemassoftheframeisreducedby3.3%.Lastly,thestaticanalysis,modalanalysisandfrontcrash

7、worthinessofthebeforeandafterframearesimulated.Comparingwiththeresults,wefindthattheframestrengthandpreviousfivenaturalfrequencyarepropertyimproved.Wealsofindthebendingstiffnessandtorsionalstiffnessareincreasedby9.96%and10.37%,thecabdeformationinthefrontalimpactisreducedby12

8、.76mm.Ultimately,wegetthatthemulti-objectivetopologyoptimizationisverifieda