宇通客车zk6821ng5客车车身的优化设计(附件)【字数：10484】
摘 要 本文以客车车身骨架为主要研究对象，针对某客车的车身进行进行有限元分析与研究。介绍了客车车身有限元分析与优化设计的研究背景，详细的对车身有限元分析的方法与步骤进行了阐述。以宇通客车ZK6821NG5为例，利用CATIA软件建立车身骨架的实体模型，将模型导入到有限元分析软件ANSYS中，然后用一定的简化原则，在ANSYS软件中建立供分析计算的有限元模型，并对客车在实际行驶过程中可能出现的多种工况（如紧急转弯工况、紧急制动工况）进行分析。在车身的强度静态分析中,首先设置一个合理的载荷对各个工况进行分析，了解车身应力分布情况和各个位置的刚度,最后提出优化方案。根据得出的结果，在对宇通客车ZK6821NG5客车车身的进行优化后，与原车相比新车的车身骨架质量降低了14%，达到了了较好的轻量化目标。之后再在此基础上进行自由振动模态的分析，根据分析结果再对客车车身的优化提出意见。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 1
1.3本课题研究的主要内容 2
第二章 有限元概论 3
2.1有限元基本思想及含义 3
2.1.1有限元一般过程 3
2.1.2建立有限元模型的过程 3
2.2 ANSYS软件简介 4
2.2.1 ANSYS的发展概述 4
2.2.2 ANSYS的主要特点 4
第三章 车身设计 5
3.1车身设计要求 5
3.1.1客车的整车性能参数 5
3.1.2客车的整体设计要求 5
3.2模型简化 5
3.3车身设计 5
第四章 有限元静态分析 7
4.1有限元分析前处理 7
4.1.1车身有限元模型的建立 7
4.1.2材料属性 7
4.1.3有限元模型网格划分 8
4.2客车车身刚度分析 9
4.2.1客车车身载荷分析 9
4.2.2客车车身弯曲刚度分析 9
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2.3客车车身扭转刚度分析 11
4.3客车使用工况分析 13
4.4紧急转弯工况 13
4.4.1载荷与边界条件 13
4.4.2计算结果及评价 14
4.5紧急制动工况 14
4.5.1载荷与边界条件 14
4.5.2计算结果及评价 15
4.6整车车身的优化设计 16
4.6.1车身结构优化 16
4.6.2经济性分析 19
第五章 车身结构模态计算及结果分析 20
5.1模态分析的基本思想 20
5.2模态分析的一般过程 20
5.3模态计算结果及分析 20
第六章 结论与展望 24
6.1研究结论 24
6.2工作展望 24
致 谢 25
参考文献 26
附录 27
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
客车车身作为承载的主要部件[1]，其重量就占了整辆车的三分之一，车身的制造成本也占了整辆车制造成本的一半。另外，现代客车也和小桥车一样不仅重视安全性也开始往舒适性和豪华的外观方向发展。在经济全球化的影响下，人们开始提倡环保节能，因此对车身结构的性能和轻量化设计的要求越来越高。客车车身的优化设计显得尤为重要。在确保承载能力的前提下用有限元分析软件对客车车身进行结构分析，对车身进行优化设计，最后达到轻量化的目的,使客车更加节能降耗。
车身的设计可以说是造型艺术，因为车身决定了整车的外形，精美的车型需要优质的车身为前提。车身的制造涉及了许多学科知识，如最基本的结构力学、材料力学、工程力学等。在提高车身性能方面还会运用到防震隔音、采暖通风等技术。一个国家的工业水平往往可以通过该国家所掌握的车身设计技术来评价。因此为了提高我国汽车企业的开发制造水平，把对客车车身结构的分析与优化设计作为一个研究重点是非常重要的。这不仅能提高我国汽车产品的质量，带动经济增长，而且能提高我国汽车在国际上的竞争力。
客车车身骨架是一个十分复杂的结构[2],用经典力学方法对车身进行研究分析时往往不能取得很好的效果。设计初期因为无法获得车身实测数据，所以只能依靠设计者的经验，这就导致设计出来的车身缺乏力学特性分析基础上的科学根据。在设计一种新客车时最主要的工作是先分析该客车的车身结构是否合理，并对不合理的地方进行优化设计，整个车身的结构达到要求后才能进行下一步工作。为了研究车身结构的合理性，本文用ANSYS有限元分析软件对某客车车身的刚度和紧急工况进行分析,得出一些有利于优化车身结构的方案,为车身的开发制造提供参考意见。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
国外对大中型客车的研究已达到了一个相当成熟的地步。2006年，美国斯坦福大学的Aaron Wawrinka、Dimitri Berdych等人将新型高强度钢作为车身设计的材料，最后车身重量减少了三分之一，而且刚度依旧能够达到要求。2010年，JH.Park教授在对某车后悬架拉杆的灵敏度分析时运用了有限元法，得到了不同设计变量的后悬架拉杆的刚度的灵敏度系数，为之后拉杆的优化设计提供了良好的参考数据，而新的方案也表明采用铝材对拉杆进行设计使拉杆的重量比原来减重了60%，拉杆上各个方位的刚度也都得到了一定的增强。总体而言,国外的技术与研究成果均处于领先水平。
1.2.2国内研究现状
目前我国客车的制造技术与世界上先进技术还存在着较大的差距。但是随着科学技术的进步和研究人员的探索，现在国内已经用各种有限元分析软件对车身骨架的结构进行分析，并且取得了显著的成果。1973年谷安涛先生在发表的文章中详细的介绍了有限单元法的计算原理，并且使用实际的例子验证了有限元法在车身复杂结构中的计算精度是较准确的。2004年，南京理工大学的陈茹雯教授在研究军用车时运用了有限元法，根据车身的实体结构建立了车身的有限元模型，然后在有限元分析软件中对车身的动静态强度、模态、刚度等性能进行了分析。分析结果表明，优化后的车身质量减轻了25%，刚度增加了36%。2009年，王龙群利用ANSYS软件对某承载式客车车身进行了强度和刚度的分析，这是一次成功的有限元法使用典范，在对车身动、静态特性进行详细的分析后得出了车身轻量化优化方案，并通过实验验证了优化方案是合理的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 1
1.3本课题研究的主要内容 2
第二章 有限元概论 3
2.1有限元基本思想及含义 3
2.1.1有限元一般过程 3
2.1.2建立有限元模型的过程 3
2.2 ANSYS软件简介 4
2.2.1 ANSYS的发展概述 4
2.2.2 ANSYS的主要特点 4
第三章 车身设计 5
3.1车身设计要求 5
3.1.1客车的整车性能参数 5
3.1.2客车的整体设计要求 5
3.2模型简化 5
3.3车身设计 5
第四章 有限元静态分析 7
4.1有限元分析前处理 7
4.1.1车身有限元模型的建立 7
4.1.2材料属性 7
4.1.3有限元模型网格划分 8
4.2客车车身刚度分析 9
4.2.1客车车身载荷分析 9
4.2.2客车车身弯曲刚度分析 9
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.2.3客车车身扭转刚度分析 11
4.3客车使用工况分析 13
4.4紧急转弯工况 13
4.4.1载荷与边界条件 13
4.4.2计算结果及评价 14
4.5紧急制动工况 14
4.5.1载荷与边界条件 14
4.5.2计算结果及评价 15
4.6整车车身的优化设计 16
4.6.1车身结构优化 16
4.6.2经济性分析 19
第五章 车身结构模态计算及结果分析 20
5.1模态分析的基本思想 20
5.2模态分析的一般过程 20
5.3模态计算结果及分析 20
第六章 结论与展望 24
6.1研究结论 24
6.2工作展望 24
致 谢 25
参考文献 26
附录 27
第一章 绪论
1.1课题研究背景及意义
客车车身作为承载的主要部件[1]，其重量就占了整辆车的三分之一，车身的制造成本也占了整辆车制造成本的一半。另外，现代客车也和小桥车一样不仅重视安全性也开始往舒适性和豪华的外观方向发展。在经济全球化的影响下，人们开始提倡环保节能，因此对车身结构的性能和轻量化设计的要求越来越高。客车车身的优化设计显得尤为重要。在确保承载能力的前提下用有限元分析软件对客车车身进行结构分析，对车身进行优化设计，最后达到轻量化的目的,使客车更加节能降耗。
车身的设计可以说是造型艺术，因为车身决定了整车的外形，精美的车型需要优质的车身为前提。车身的制造涉及了许多学科知识，如最基本的结构力学、材料力学、工程力学等。在提高车身性能方面还会运用到防震隔音、采暖通风等技术。一个国家的工业水平往往可以通过该国家所掌握的车身设计技术来评价。因此为了提高我国汽车企业的开发制造水平，把对客车车身结构的分析与优化设计作为一个研究重点是非常重要的。这不仅能提高我国汽车产品的质量，带动经济增长，而且能提高我国汽车在国际上的竞争力。
客车车身骨架是一个十分复杂的结构[2],用经典力学方法对车身进行研究分析时往往不能取得很好的效果。设计初期因为无法获得车身实测数据，所以只能依靠设计者的经验，这就导致设计出来的车身缺乏力学特性分析基础上的科学根据。在设计一种新客车时最主要的工作是先分析该客车的车身结构是否合理，并对不合理的地方进行优化设计，整个车身的结构达到要求后才能进行下一步工作。为了研究车身结构的合理性，本文用ANSYS有限元分析软件对某客车车身的刚度和紧急工况进行分析,得出一些有利于优化车身结构的方案,为车身的开发制造提供参考意见。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
国外对大中型客车的研究已达到了一个相当成熟的地步。2006年，美国斯坦福大学的Aaron Wawrinka、Dimitri Berdych等人将新型高强度钢作为车身设计的材料，最后车身重量减少了三分之一，而且刚度依旧能够达到要求。2010年，JH.Park教授在对某车后悬架拉杆的灵敏度分析时运用了有限元法，得到了不同设计变量的后悬架拉杆的刚度的灵敏度系数，为之后拉杆的优化设计提供了良好的参考数据，而新的方案也表明采用铝材对拉杆进行设计使拉杆的重量比原来减重了60%，拉杆上各个方位的刚度也都得到了一定的增强。总体而言,国外的技术与研究成果均处于领先水平。
1.2.2国内研究现状
目前我国客车的制造技术与世界上先进技术还存在着较大的差距。但是随着科学技术的进步和研究人员的探索，现在国内已经用各种有限元分析软件对车身骨架的结构进行分析，并且取得了显著的成果。1973年谷安涛先生在发表的文章中详细的介绍了有限单元法的计算原理，并且使用实际的例子验证了有限元法在车身复杂结构中的计算精度是较准确的。2004年，南京理工大学的陈茹雯教授在研究军用车时运用了有限元法，根据车身的实体结构建立了车身的有限元模型，然后在有限元分析软件中对车身的动静态强度、模态、刚度等性能进行了分析。分析结果表明，优化后的车身质量减轻了25%，刚度增加了36%。2009年，王龙群利用ANSYS软件对某承载式客车车身进行了强度和刚度的分析，这是一次成功的有限元法使用典范，在对车身动、静态特性进行详细的分析后得出了车身轻量化优化方案，并通过实验验证了优化方案是合理的。
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