不对称底架承载式客车车身结构研究

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1、—————————————————————不对称底架承载式客车车身结构研究—————————————————————ResearchonAsymmetricBodyUnderstructureofIntegralBus作者姓名：李婷婷领域（方向）：工业设计工程指导教师：那景新教授类别：工程硕士答辩日期：2015年5月31日摘要不对称底架承载式客车车身结构研究客车结构的轻量化技术研究是节约材料和能源、保护环境的主要手段和关键课题之一。承载式客车相比非承载式客车具有重量更轻、结构性能更优、安全性更好等诸多优点，因此在国内外客车市场正在被大力发展。承载式客车车身结构的特点是整体承载，车身结构弯曲刚

2、度受底架和侧围影响较大。通常在客车车身设计时，要在客车一侧侧围设有车门，使得该侧侧围抗弯性能较差。然而，目前客车底架的设计依旧沿用传统的非承载式客车对称式车架的设计方法，这会造成车身整体两侧抗弯刚度性能存在较大差异。为了保证车门一侧结构承载性能，传统的设计方法势必会造成另一侧结构性能冗余和材料浪费。由此，高剑锋博士提出了一种性能互补结构不对称匹配的设计方法和刚度性能匹配准则，其目的是减轻客车车身的重量，提高结构的性能，但是尚未将这种设计思想应用于实际当中。本文将该方法应用到某企业开发的一款承载式公路客车车身结构的优化设计中，通过合理的结构设计来实现结构的性能匹配，重点研究了底架不对称结构的实

3、现问题。首先需要对原型车的基本性能做出分析，并结合客车车身结构刚度性能匹配准则，计算车身左侧与右侧、左侧围与右侧围以及底架左侧与右侧之间的弯曲刚度比值。然后对侧围和底架分总成结构进行弯曲刚度的匹配技术研究，在底架结构的不对称匹配技术研究中，引入局部拓扑优化的方法，并对该方法进行可行性验证。文章具体安排如下：首先建立原型车的有限元分析模型，并对原型车的强度刚度等基本性能进行初步分析，通过建立单侧结构的镜像模型来评价单侧结构的刚度。然后在刚度评价算法研究的基础上，进行侧围结构的刚度匹配技术研究，缩小两侧围结构的抗弯刚度差距至合理的范围内。再对底架结构进行局部拓扑优化，不仅对薄弱的区域进行加强处理

4、，也对过去未受到重视的、足以满足性能要求的区域进行优化设计，使得材料根据受力情况合理的分布，实现与侧围结构性能相互补充的不对称底架结构。提出建立单侧结构的镜像模型对底架结构进行局部拓扑优化。在优化底架局部结构时，结合迭代的方法，以提高优化结果准确性，本文对所有局部结构进行了四轮优化分析直至结果收敛。对于拓扑优化结果的解读，本文研究了杆件位置和尺寸的解读方式。最后，对比优化后的不对称底架承载式公路客车和原型车的结构性能，进行总结并提I出研究设想。关键词：客车，承载式车身，结构优化，不对称底架，性能匹配，局部拓扑优化IIABSTRACTResearchonAsymmetricBodyUnders

5、tructureofIntegralBusLightweighttechnologyresearchofbusstructureisoneofthemainmethodsandkeyissuestosavematerial,saveenergyandprotecttheenvironment.Sinceintegralbushasmanyadvantagessuchaslighterweight,betterperformanceandbettersecuritythanseparateframeconstruction,integralbushasbeendevelopedrapidlyi

6、nthepassengerbusmarket.Thecharacteristicofmostintegralbusisintegralbearing.Thebendingstiffnessofbodystructureislargelyinfluencedbybodyunderstructureandsidesurroundstructures.Usually,passengerdoorsaredesignedattherightsideofbusbodywhichmakesthebendingstiffnessperformanceoftherightsideweakerthantheot

7、herside.Howeverthebodyunderstructuredevelopedfromthechassisofseparateframeconstructionisstilldesignedsymmetrically.Asaresult,thebendingstiffnessdifferencebetweenleftpartandrightpartofthewholebodyisbig.Asthe