城客车全铝合金车身轻量化研究(附件)【字数：12138】
摘 要随着科学技术和生活条件的日趋发展,车辆的研发中计算机仿真软件的运用也越来越多。人们也越来越重视车辆研发在节能、环保方面的改善。该课题以某客车车身为参考对象，先运用三维UG绘图软件根据车身的整体布局画出客车仿真车身骨架三维图。再利用有限元ANSYS分析软件对该客车在行驶过程中碰到的最为常见的扭转工况、水平弯曲工况、紧急制动工况和紧急转弯工况进行受力分析，分别对这些工况下的客车车身骨架进行施加载荷分析。研究在各种状态下车身骨架杆件的应力承受能力以及位移量，并对不合理的骨架进行调整设计，重新分析优化,根据软件导出的云图数据分析改善设计出合理的客车车身骨架，实现车身轻量化的目的。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景意义 1
1.2国内外研究发展现状 1
1.3轻量化材料 2
1.4课题研究内容、方法、流程 3
1.4.1研究的内容 3
1.4.2研究的方法 3
1.4.3研究的流程 4
第二章 有限元发展简介 6
2.1有限元发展 6
2.2有限元概念 6
2.2.1有限元三个阶段 6
2.2.2有限元建模过程 6
2.3ANSYS软件介绍 7
2.3.1ANSYS软件发展 7
2.3.2ANSYS特点 7
2.4客车车身结构简介 8
2.5客车骨架有限元模型建立 9
2.5.1模型结构简化 9
2.5.2骨架有限元模型的建立 9
2.5.3材料选择和设置 10
2.5.4模型网格的化分 11
第三章 客车全铝合金车身骨架有限元分析 12
3.1客车车身载荷工况分析 12
3.1.1车载质量分配 12
3.1.2客车工况简介 12
3.2水平弯曲工况 13
3.2.1分布载荷 13
3.2.2结果分析 14
3.3极限扭转工况 15
3.3.1分布载荷 15
3.3.2结果分析 15
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.4紧急转弯工况 16
3.4.1分布载荷 16
3.4.2结果分析 17
3.5紧急制动工况 18
3.5.1分布载荷 18
3.5.2结果分析 18
第四章 客车车身优化设计 20
4.1水平弯曲工况优化设计 20
4.2极限扭转工况优化设计 21
4.3紧急转弯工况优化设计 21
4.4紧急制动工况优化设计 23
4.5四种工况优化前后数据对比 23
第五章 车身骨架模态分析 25
5.1模态分析介绍 25
5.2模态分析思路 25
5.3模态分析结果 25
结束语 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1课题研究背景意义
交通工具的出现在这个经济飞速发展的时代越来越普及，对交通工具使用的安全性和舒适性更是越来越受到人们的重视。据中国工业协会统计数据表示，到2017年底我们国家汽车的销量最高。随着产业的不断增加，车辆所造成的环境污染和资源消耗成为了首要问题。车辆燃油的使用占全球燃油使用量的首位。其资源的不可再生资源性和不断减少也导致了燃油不断涨价。仅从环境角度分析，车辆每年的废气排放中二氧化碳的排放量占据了全球二氧化碳排放量的30%。除此之外，汽车排放的废气中SO2、NOX化合物、颗粒等也都影响着环境的健康。因此车辆每年的不断增加直接导致了环境污染并伴随了能源消耗的问题。
客车车身轻量化在改善环境和提高汽车节能方面成为了新能源客车优化设计的一个部分，从长远发展的角度来看，纯电动客车轻量化将会成为我国汽车新能源发展的方向[1]。纯电动客车具有行驶平稳、噪音低、零排放、效率高等优点。传统的城市客车噪音大、污染严重、效率低。目前我国纯电动客车的最主要短板是行驶里程短。为解决这一问题我们可以着手从两个方面解决，一增大蓄电池的容量但同时整车的质量增加，对车辆的使用成本和能源的有效利用率就难以保证，并不利用市场的开发，相反的，可能增加相应的难度。二是选择新型材料进行车身轻量化，减少车辆自重，降低能耗。使用户获得想要的较长的行驶里程。
客车车身轻量化可从两个角度进行研究，一是使用轻量化材料，如复合材料、铝材料、高刚材料等[2]。二是研究设计更轻的车身结构。对于车身而言，车身骨架占车身比重的很大一个部分，以下将会从车身骨架角度进行分析全铝合金车身轻量化。对于公司和市场来说，以往的车辆研发周期长，开发成本过高。随着现代技术的不断增长，有限元分析软件被运用到了客车研发上，在设计的过程之中可以用仿真软件进行大量的实验，发现存在的不合理性，减少公司和市场的资本输出，降低了客车的开发风险。
1.2国内外研究发展现状
减轻汽车车身自重成为国内外研究的焦点，以下两个方面是当前的研究方向：一是提高燃油热效率，减少环境污染恶化，增加客车使用生命周期；二是减轻车身重量，保证乘客乘坐舒适、安全以及操纵平稳[3]。国内外对客车轻量化的设计涉及多个方面，尤其是国外对轻量化设计研究比国内领先，但不管是国内还是国外，针对设计新能源车辆重心还是集中在三个方面：轻量化结构件制造工艺、轻量化结构链接方式、产品开发的工艺设计、以及轻型材料结构优化设计。以下是一些国内外客车轻量化方面研究的实例[4]：
芬兰1967年全铝合金车身客车。
瑞典斯堪尼亚公司的轻型城市全铝空间框架结构车身客车。
马耳汽车制造厂商生产了世界上第一辆轻型铝材水陆两用巴士。
衡山汽车有限公司2002年研制出第一辆国产全铝车身客车。
中威客车公司与外企合作成功研发出全铝合金豪华客车。
郑州宇通集团2008年与US美铝公司合力研制出新型节能环保全铝合金车身骨架的杆件公交车。
减轻车身重量如今是国内外研究的热点，其轻量化研究的手段主要是有限元分析数值计算等一系列现代化设计手段。国外在对车辆设计方面经过了很多年的得经验累积，已经拥有了相对完善的设计数据库、用户体验数据库、实验数值数据库以及优化改进数据库，拥有了一套相对成熟的开发流程的数据库。我国大部分企业所拥有的开发分析资料都属公司机密，并未公开汇总形成数据库。以至在设计的时候只考虑到了局部，无法合理设计出整体的部件结构，鉴于此，再设计车身的时候可以多多借鉴国外的一些先进技术。
1.3轻量化材料
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究背景意义 1
1.2国内外研究发展现状 1
1.3轻量化材料 2
1.4课题研究内容、方法、流程 3
1.4.1研究的内容 3
1.4.2研究的方法 3
1.4.3研究的流程 4
第二章 有限元发展简介 6
2.1有限元发展 6
2.2有限元概念 6
2.2.1有限元三个阶段 6
2.2.2有限元建模过程 6
2.3ANSYS软件介绍 7
2.3.1ANSYS软件发展 7
2.3.2ANSYS特点 7
2.4客车车身结构简介 8
2.5客车骨架有限元模型建立 9
2.5.1模型结构简化 9
2.5.2骨架有限元模型的建立 9
2.5.3材料选择和设置 10
2.5.4模型网格的化分 11
第三章 客车全铝合金车身骨架有限元分析 12
3.1客车车身载荷工况分析 12
3.1.1车载质量分配 12
3.1.2客车工况简介 12
3.2水平弯曲工况 13
3.2.1分布载荷 13
3.2.2结果分析 14
3.3极限扭转工况 15
3.3.1分布载荷 15
3.3.2结果分析 15
3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
.4紧急转弯工况 16
3.4.1分布载荷 16
3.4.2结果分析 17
3.5紧急制动工况 18
3.5.1分布载荷 18
3.5.2结果分析 18
第四章 客车车身优化设计 20
4.1水平弯曲工况优化设计 20
4.2极限扭转工况优化设计 21
4.3紧急转弯工况优化设计 21
4.4紧急制动工况优化设计 23
4.5四种工况优化前后数据对比 23
第五章 车身骨架模态分析 25
5.1模态分析介绍 25
5.2模态分析思路 25
5.3模态分析结果 25
结束语 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1课题研究背景意义
交通工具的出现在这个经济飞速发展的时代越来越普及，对交通工具使用的安全性和舒适性更是越来越受到人们的重视。据中国工业协会统计数据表示，到2017年底我们国家汽车的销量最高。随着产业的不断增加，车辆所造成的环境污染和资源消耗成为了首要问题。车辆燃油的使用占全球燃油使用量的首位。其资源的不可再生资源性和不断减少也导致了燃油不断涨价。仅从环境角度分析，车辆每年的废气排放中二氧化碳的排放量占据了全球二氧化碳排放量的30%。除此之外，汽车排放的废气中SO2、NOX化合物、颗粒等也都影响着环境的健康。因此车辆每年的不断增加直接导致了环境污染并伴随了能源消耗的问题。
客车车身轻量化在改善环境和提高汽车节能方面成为了新能源客车优化设计的一个部分，从长远发展的角度来看，纯电动客车轻量化将会成为我国汽车新能源发展的方向[1]。纯电动客车具有行驶平稳、噪音低、零排放、效率高等优点。传统的城市客车噪音大、污染严重、效率低。目前我国纯电动客车的最主要短板是行驶里程短。为解决这一问题我们可以着手从两个方面解决，一增大蓄电池的容量但同时整车的质量增加，对车辆的使用成本和能源的有效利用率就难以保证，并不利用市场的开发，相反的，可能增加相应的难度。二是选择新型材料进行车身轻量化，减少车辆自重，降低能耗。使用户获得想要的较长的行驶里程。
客车车身轻量化可从两个角度进行研究，一是使用轻量化材料，如复合材料、铝材料、高刚材料等[2]。二是研究设计更轻的车身结构。对于车身而言，车身骨架占车身比重的很大一个部分，以下将会从车身骨架角度进行分析全铝合金车身轻量化。对于公司和市场来说，以往的车辆研发周期长，开发成本过高。随着现代技术的不断增长，有限元分析软件被运用到了客车研发上，在设计的过程之中可以用仿真软件进行大量的实验，发现存在的不合理性，减少公司和市场的资本输出，降低了客车的开发风险。
1.2国内外研究发展现状
减轻汽车车身自重成为国内外研究的焦点，以下两个方面是当前的研究方向：一是提高燃油热效率，减少环境污染恶化，增加客车使用生命周期；二是减轻车身重量，保证乘客乘坐舒适、安全以及操纵平稳[3]。国内外对客车轻量化的设计涉及多个方面，尤其是国外对轻量化设计研究比国内领先，但不管是国内还是国外，针对设计新能源车辆重心还是集中在三个方面：轻量化结构件制造工艺、轻量化结构链接方式、产品开发的工艺设计、以及轻型材料结构优化设计。以下是一些国内外客车轻量化方面研究的实例[4]：
芬兰1967年全铝合金车身客车。
瑞典斯堪尼亚公司的轻型城市全铝空间框架结构车身客车。
马耳汽车制造厂商生产了世界上第一辆轻型铝材水陆两用巴士。
衡山汽车有限公司2002年研制出第一辆国产全铝车身客车。
中威客车公司与外企合作成功研发出全铝合金豪华客车。
郑州宇通集团2008年与US美铝公司合力研制出新型节能环保全铝合金车身骨架的杆件公交车。
减轻车身重量如今是国内外研究的热点，其轻量化研究的手段主要是有限元分析数值计算等一系列现代化设计手段。国外在对车辆设计方面经过了很多年的得经验累积，已经拥有了相对完善的设计数据库、用户体验数据库、实验数值数据库以及优化改进数据库，拥有了一套相对成熟的开发流程的数据库。我国大部分企业所拥有的开发分析资料都属公司机密，并未公开汇总形成数据库。以至在设计的时候只考虑到了局部，无法合理设计出整体的部件结构，鉴于此，再设计车身的时候可以多多借鉴国外的一些先进技术。
1.3轻量化材料
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