某客车车身结构建模及优化设计(附件)
摘 要二十一世纪，我国的客车制造业迎来了巨大的发展机遇，然而同时还面临着各种巨大的挑战。科学进步、经济发展导致供求关系发生了变化，市场己由卖方市场逐渐转变为买方市场，企业只有不断研发新的产品来满足客户的不同需求，以产品来吸引、抓住客户。经济全球化使得国内市场接轨国际市场，客车生产企业遇到了许多新的难题。那么谁能最先研制生产出结构、性能优越，安全可靠的客车，谁就能最先抢占新世界的客车市场。有限元分析广泛应用于现代工程设计中，是一种快捷、有效的辅助工具。可以这么说，在汽车结构设计中已是不可或缺，应用于车身的结构分，并针对性的提出改进意见，使结构能够满足刚度、强度的要求，己经成为车身设计的重要组成部分。伴随着科学技术的发展，各大软件公司纷纷推出自己的软件。经实践证明，利用有限元法对客车车身骨架结构进行分析是有效的，可进行静动态分析，并对结构的承载特性和振动特性进行评价，充分认识其强度和固有振型，了解车身可能会有的应力和变形情况。本论文设计以NJL6800型国产客车为例，以图纸为基础，首先利用Ansys软件建立了客车车身骨架结构的几何模型。再利用梁单元，建立了供强度计算的有限元模型并简化。建立有限元模型的过程中，不仅考虑到了边界条件的处理与简化，而且还考虑了客车车身骨架结构以及承受载荷的处理方法。采用三维软件solidworks对车身进行三维建模，得到直观、清洗的模型。计算三种载荷下车身的受力以及载荷，分别在ANSYS-WORKBENCH中添加应用。对静力学和动力学进行分析，得到应力、位移以及车身结构阵型和固有频率。采用ANSYS-WORKBENCH分析软件对其进行拓扑优化分析。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景1
1.2 客车车身国内外的研究现状1
第二章 客车车身模型建立2
2.1 solidworks三维软件介绍2
2.2 三维模型的建立过程2
第三章 客车车身有限元模型建立 5
3.1 ansys workbench有限元软件介绍5
3.2有限元模型的建立5
3.2.1几何模型的简化5
3.2.2材料的设置5
3.2.3模型的构建8
3.2.4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
网格划分9
第四章 客车车身有限元静态分析 12
4.1客车典型工况的选择12
4.2客车典型工况下的有限元分析 12
4.2.1 急速制动工况 12
4.2.2 急速制动载荷的施加以及约束条件的确立12
4.2.3 急速制动仿真结果分析13
4.2.4 急速转弯工况14
4.2.5 急速转弯载荷的施加以及约束条件的确立14
4.2.6 左右转弯情况下仿真结果分析15第五章 客车车身模态分析 18
5.1 模态分析意义18
5.2 模态仿真计算18
5.3 模态分析结果22第六章 客车骨架轻量化设计 23
6.1 客车车架模型的改善 23
6.2 客车车身骨架材料的改善24
结论语 25
致谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
随着生活水平的提高科技的进步，对客车车身设计的要求也达到了新高度，不仅需要满足以往的高强度高刚度的要求，还对客车的舒适性以及经济性提出了挑战，在油耗以及成本的约束下，客车车身骨架的自重受到了约束，按照以往的设计方法，大量的设计模板、实物模型以及各种试验等等都会导致研发周期的冗长，设计成本的增加。而通过有限元分析法分析客车的动、静态特性，能轻松掌握客车各部分强度刚度薄弱或者过剩的环节。而本文就是针对测量出来的过剩环节进行设计优化，从而实现轻量化，减少油耗，提高客车的经济性。
1.2 客车车身国内外的研究现状
有限元分析为基础的汽车结构设计与分析的开始以1970年美国宇航局将有限元结构程序NASTRAN的引入为开端。经过多年的发展经验积累,有限元分析应用在了多个领域当中包括:结构分析、整车及零部件的模态分析、NVH分析、车辆模拟碰掩分析、流体分析、优化分析等。工程分析贯穿车身结构设计的全过程，在车身结构设计的不同阶段，不同的设计目的情况下选用相对应的单元，模型规模也根据设计阶段的不同而有所偏差。
我国有限元分析法的研究和应用可以追溯到七十年代末八十年代初,当时的一些高校和研究所开始从事此方面工作，如长春汽研所的谷安涛等人建立了车架的有限模型,并进行了分析计算。随后几十年间，有限元分析法逐渐覆盖汽车各零部件的分析，国内各大汽车厂相继把有限元分析法应用到的实际生产中，如东风汽车公司引进了整车动态、静态分析的软件,将有限元分析技术运用到汽车设计中。
1.3项目研究的内容和目标
采用三维软件solidworks对车身进行三维建模，得到直观、清洁的模型。
计算三种载荷下车身的受力以及载荷，分别在ansysworkbench中添加应用。对静力学和动力学进行分析，得到应力、位移以及车身结构阵型和固有频率。采用ansysworkbench分析软件对其进行拓扑优化分析。
客车车身模型建立
2.1 Solidworks三维软件介绍
SolidWorks是基于Windows系统下的原创的三维设计软件。其操作简单、界面简洁美观，整个设计的过程中，SolidWorks都能够捕捉设计者的意图并且引导设计者进行设计修改。装配设计中设计者可以直接将已有的零件作为参照物生成所需要的新零件。不论用"自顶而下"方法还是"自底而上"的方法进行装配设计，SolidWorks都将以其易用的操作大幅度地提高设计的效率。SolidWorks有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有时会出乎设计者的期望。用SolidWorks的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。 SolidWorks具有全相关的钣金设计能力。钣金件的设计可按设计者的习惯随意先设计立体的产品或先按平面设计。SolidWorks软件提供完整的、免费的开发工具(API)，用户可以用微软的 Visual Basic、Visual C++或其它支持OLE的编程语言建立自己的应用方案。通过数据转换接口，SolidWorks可以很容易地将目前市场几乎所有的机械CAD软件集成到现在的设计环境中来。
为比较几个相似的设计方案，减少不必要的设计错误，提高设计产品质量，SolidWorks的实体建模能力和良好认知度的Windows风格操作界面构成了三维产品设计的标准。不管是有还是没有过CAD软件使用经验的设计者，皆可以使用SolidWorks达到事半功倍的效果。使企业成本降低、产品更具市场竞争力。
2.2 三维模型的建立过程
选用NJL6800客车，参数如表21：
表21 NJL6800客车数据统计表
项目
参数
宽
2235mm
高
车长
3220mm
8100mm
车轮半径
0.497m
整备质量
2200kg
总质量
7500kg
附着系数
0.7
空气阻力系数
0.65
最高车速
100km/h
座位数
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景1
1.2 客车车身国内外的研究现状1
第二章 客车车身模型建立2
2.1 solidworks三维软件介绍2
2.2 三维模型的建立过程2
第三章 客车车身有限元模型建立 5
3.1 ansys workbench有限元软件介绍5
3.2有限元模型的建立5
3.2.1几何模型的简化5
3.2.2材料的设置5
3.2.3模型的构建8
3.2.4
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第四章 客车车身有限元静态分析 12
4.1客车典型工况的选择12
4.2客车典型工况下的有限元分析 12
4.2.1 急速制动工况 12
4.2.2 急速制动载荷的施加以及约束条件的确立12
4.2.3 急速制动仿真结果分析13
4.2.4 急速转弯工况14
4.2.5 急速转弯载荷的施加以及约束条件的确立14
4.2.6 左右转弯情况下仿真结果分析15第五章 客车车身模态分析 18
5.1 模态分析意义18
5.2 模态仿真计算18
5.3 模态分析结果22第六章 客车骨架轻量化设计 23
6.1 客车车架模型的改善 23
6.2 客车车身骨架材料的改善24
结论语 25
致谢 26
参考文献 27
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
随着生活水平的提高科技的进步，对客车车身设计的要求也达到了新高度，不仅需要满足以往的高强度高刚度的要求，还对客车的舒适性以及经济性提出了挑战，在油耗以及成本的约束下，客车车身骨架的自重受到了约束，按照以往的设计方法，大量的设计模板、实物模型以及各种试验等等都会导致研发周期的冗长，设计成本的增加。而通过有限元分析法分析客车的动、静态特性，能轻松掌握客车各部分强度刚度薄弱或者过剩的环节。而本文就是针对测量出来的过剩环节进行设计优化，从而实现轻量化，减少油耗，提高客车的经济性。
1.2 客车车身国内外的研究现状
有限元分析为基础的汽车结构设计与分析的开始以1970年美国宇航局将有限元结构程序NASTRAN的引入为开端。经过多年的发展经验积累,有限元分析应用在了多个领域当中包括:结构分析、整车及零部件的模态分析、NVH分析、车辆模拟碰掩分析、流体分析、优化分析等。工程分析贯穿车身结构设计的全过程，在车身结构设计的不同阶段，不同的设计目的情况下选用相对应的单元，模型规模也根据设计阶段的不同而有所偏差。
我国有限元分析法的研究和应用可以追溯到七十年代末八十年代初,当时的一些高校和研究所开始从事此方面工作，如长春汽研所的谷安涛等人建立了车架的有限模型,并进行了分析计算。随后几十年间，有限元分析法逐渐覆盖汽车各零部件的分析，国内各大汽车厂相继把有限元分析法应用到的实际生产中，如东风汽车公司引进了整车动态、静态分析的软件,将有限元分析技术运用到汽车设计中。
1.3项目研究的内容和目标
采用三维软件solidworks对车身进行三维建模，得到直观、清洁的模型。
计算三种载荷下车身的受力以及载荷，分别在ansysworkbench中添加应用。对静力学和动力学进行分析，得到应力、位移以及车身结构阵型和固有频率。采用ansysworkbench分析软件对其进行拓扑优化分析。
客车车身模型建立
2.1 Solidworks三维软件介绍
SolidWorks是基于Windows系统下的原创的三维设计软件。其操作简单、界面简洁美观，整个设计的过程中，SolidWorks都能够捕捉设计者的意图并且引导设计者进行设计修改。装配设计中设计者可以直接将已有的零件作为参照物生成所需要的新零件。不论用"自顶而下"方法还是"自底而上"的方法进行装配设计，SolidWorks都将以其易用的操作大幅度地提高设计的效率。SolidWorks有全面的零件实体建模功能，其丰富程度有时会出乎设计者的期望。用SolidWorks的标注和细节绘制工具，能快捷地生成完整的、符合实际产品表示的工程图纸。 SolidWorks具有全相关的钣金设计能力。钣金件的设计可按设计者的习惯随意先设计立体的产品或先按平面设计。SolidWorks软件提供完整的、免费的开发工具(API)，用户可以用微软的 Visual Basic、Visual C++或其它支持OLE的编程语言建立自己的应用方案。通过数据转换接口，SolidWorks可以很容易地将目前市场几乎所有的机械CAD软件集成到现在的设计环境中来。
为比较几个相似的设计方案，减少不必要的设计错误，提高设计产品质量，SolidWorks的实体建模能力和良好认知度的Windows风格操作界面构成了三维产品设计的标准。不管是有还是没有过CAD软件使用经验的设计者，皆可以使用SolidWorks达到事半功倍的效果。使企业成本降低、产品更具市场竞争力。
2.2 三维模型的建立过程
选用NJL6800客车，参数如表21：
表21 NJL6800客车数据统计表
项目
参数
宽
2235mm
高
车长
3220mm
8100mm
车轮半径
0.497m
整备质量
2200kg
总质量
7500kg
附着系数
0.7
空气阻力系数
0.65
最高车速
100km/h
座位数
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