畢業(yè)論文某客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度分析.doc

畢業(yè)論文：某客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度分析提示：本文原版含圖表word版全文下載地址附后（正式會員會看到下載地址）。這里只復(fù)制粘貼部分內(nèi)容或目錄（下面顯示的字?jǐn)?shù)不代表全文字?jǐn)?shù)）,有任何不清楚的煩請咨詢本站客服。摘要客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度越來越受到人們的關(guān)注，為此國際上先后頒布了多項(xiàng)有關(guān)客車結(jié)構(gòu)的安全性法規(guī)，并嚴(yán)格按照法規(guī)要求對客車產(chǎn)品進(jìn)行強(qiáng)制安全認(rèn)證。本文針對國產(chǎn)某大型客車的車身結(jié)構(gòu)，使用大型有限元分析程序Hyperworks進(jìn)行強(qiáng)度分析。在此基礎(chǔ)上，對客車骨架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，并與材料的強(qiáng)度進(jìn)行比較，分析客車能否正常行駛，為進(jìn)一步設(shè)計提供依據(jù)。本論文主要包括以下幾方面內(nèi)容:（1）建模。根據(jù)實(shí)體模型建立良好的有限元模型。(2) 靜態(tài)分析。按照要求，對某大型客車進(jìn)行十種典型工況下的結(jié)構(gòu)分析，校核了該車車身結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。經(jīng)過計算該客車能在這十種工況下正常行駛。關(guān)鍵詞:客車 車身結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度修改意見：1、 每種工況結(jié)果分析時，說明最大應(yīng)力作用位置2、其它見批注AbstractThe strength of the bus body structure for safety is paid more and more attention. Thus, the international community has promulgated a number of regulations concerning the safety for the bus structure.In strict accordance with the regulatory requirements for mandatory safety, certification of bus products is enforced. China will also refer to the bus body structure strength standards with international standards of ECER66 formulation and as a basis to carry out the certification of product safety. The newly developed passenger cars must meet safety standards.This paper uses large-scale finite element analysis program Hyperworks for the strength and stiffness analysis of a domestic passenger car body structure. On this basis, the calculation and analysis of the bus skeleton structure, the comparison of the materials the strength , and the analysis of the normal driving of passenger car , provide the basis for further design.The thesis includes the following aspects:(1) modeling. Use a solid model to establish a good finite element model.(2) Static analysi新文秘網(wǎng)wen/144/287731.html省略2486字很好的實(shí)施因此開展客車車身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的計算工作，在滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的前提下，合理地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，以達(dá)到輕量化的目的、對車身結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要意義。此外，為了加速企業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能和科技含量，必須對現(xiàn)有的車型進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度分析計算和動態(tài)特性分析研究工作，為新車型的研制開發(fā)提供借鑒和校核方法隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的加快，汽車工業(yè)的競爭盡益加劇，汽車巨頭們都在加緊新車型的設(shè)計開發(fā)，由于發(fā)動機(jī)、底盤設(shè)計制造技術(shù)基本成熟，新車型便主要體現(xiàn)在電子設(shè)備和車身造型的更新上。同時，為減少新車型的開發(fā)成本、縮短新車型的開發(fā)周期、提高新產(chǎn)品的市場競爭力，全球各大汽車公司普遍實(shí)施了“平臺戰(zhàn)略”，車身的開發(fā)便是該戰(zhàn)略的主要組成部分。我國的客車工業(yè)同發(fā)達(dá)圖家相比仍很落后，歸根結(jié)底就是因?yàn)檐嚿砑夹g(shù)的落后。因此，隨著有限元技術(shù)的成熟和高速計算規(guī)的出現(xiàn)，汽車結(jié)構(gòu)中絕大部分部件甚至整車有限元靜、動態(tài)分析和固有特性分析等都可應(yīng)用這些通用程序或?qū)Ｓ贸绦騺矸治鲇嬎?，利用有限元法進(jìn)行汽車結(jié)構(gòu)的靜、動態(tài)特性分析已經(jīng)成為一種趨勢。經(jīng)過對傳統(tǒng)設(shè)計法等等不合理的分析，研究人員把有限元技術(shù)應(yīng)用到了汽車領(lǐng)域新產(chǎn)品的開發(fā)，從此，有限元技術(shù)也成為了現(xiàn)代汽車產(chǎn)商應(yīng)對汽車行業(yè)競爭日益激烈的重要手段之一。本課題以某客車的虛擬車身骨架為研究對象，對其結(jié)構(gòu)在10種不同工況下利用Hyperworks進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)有限元分析計算，定性地分析該車身結(jié)構(gòu)的剛度，驗(yàn)證車身骨架設(shè)計。1.3 客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢大客車車身大多是有薄壁構(gòu)件焊接而成。從結(jié)構(gòu)力學(xué)來看，大客車車身是由空間骨架、抗彎薄板、殼體和應(yīng)力蒙皮等構(gòu)件組成的空間高次超靜定結(jié)構(gòu)D1。由于結(jié)構(gòu)需要，各桿件結(jié)構(gòu)界面尺寸和厚度各異，而且桿件之間的連接方式也是各種各樣的。因此，車身骨架的受力情況也比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)分析的難度較大，用經(jīng)典的力學(xué)不可能得到精確解。現(xiàn)代車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方法有以下幾個明顯的特點(diǎn)：(1)設(shè)計與分析平行。從一開始以滿足一定性能要求為目標(biāo)的機(jī)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計，到具體設(shè)計方案的比較及確定、設(shè)計方案的模擬試驗(yàn)，車身結(jié)構(gòu)設(shè)計的各個階段均有結(jié)構(gòu)分析的參與。車身結(jié)構(gòu)分析貫穿了整個設(shè)計過程，這樣確定的車身結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，基本上就是定型方案，由此方案設(shè)計出的樣車只需一定的驗(yàn)證使用即可定型，大大縮短了車身開發(fā)及研制的周期。(2)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的思想被應(yīng)用在設(shè)計的各個階段。輕量化要求和舒適性安全性要求的不斷提高，使車身設(shè)計的難度越來越大。為了滿足這些要求，必須在設(shè)計的開始階段就引入優(yōu)化設(shè)計的思想，并將其貫穿整個設(shè)計階段。(3)大量的虛擬試驗(yàn)代替實(shí)物試驗(yàn)。虛擬試驗(yàn)不僅可以在沒有實(shí)物的條件下進(jìn)行，而且實(shí)施迅速、信息量大。利用虛擬試驗(yàn)，一方面可以在多個設(shè)計方案中選擇最優(yōu)，減少設(shè)計的盲目性，另方面可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，從而進(jìn)一步減少設(shè)計成本，縮短設(shè)計周期。我國大中型客車的生產(chǎn)開發(fā)經(jīng)歷了修造、仿制、改裝、CKD組裝、技術(shù)引進(jìn)以及自主開發(fā)等階段。但總體上來說，只有少數(shù)幾個廠家具備較強(qiáng)的自主開發(fā)能力，大中型客車整體自主開發(fā)能力仍然較低，與國際先進(jìn)水平還存在較大的差距。我國大中型客車的安全性、經(jīng)濟(jì)性、動力性、穩(wěn)定性、排放以及噪聲等指標(biāo)仍有很大差距，如客車專用底盤的技術(shù)水平大部分只達(dá)到了國外上世紀(jì)80年代末水平17J，只有個別企業(yè)引進(jìn)產(chǎn)品的技術(shù)水平接近國外先進(jìn)水平。隨著計算機(jī)軟硬件的發(fā)展，國內(nèi)對客車車身進(jìn)行的分析已經(jīng)從過去僅限于強(qiáng)度和剛度的靜態(tài)分析，開始向動態(tài)分析上轉(zhuǎn)變。目前，國內(nèi)利用各種有限元分析軟件在對車身骨架進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析方面已經(jīng)取得了不少成果，但成果主要集中在靜態(tài)分析上，動態(tài)分析較少，與國外的車身結(jié)構(gòu)分析相比明顯存在著許多不足。這些差距主要表現(xiàn)在：(1)車身結(jié)構(gòu)開發(fā)工作主要還是依賴經(jīng)驗(yàn)和解剖進(jìn)口結(jié)構(gòu)進(jìn)行參照性設(shè)計，多用來解決樣車試驗(yàn)以后出現(xiàn)的設(shè)計問題，設(shè)計與分析未能真正做到并行。(2)由于軟硬件對計算模型規(guī)模的限制，模型的細(xì)化程度不夠，因而結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度分析的結(jié)果還比較粗略。計算結(jié)果多用來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的方案比較，離虛擬試驗(yàn)的要求還有相當(dāng)大的差距。(3)有限元分析主要應(yīng)用在結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度分析方面，在碰撞、振動、噪聲、外流方面的模擬計算才剛剛起步，對車身結(jié)構(gòu)或部件的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分析及優(yōu)化的實(shí)例還未見到。目前，車身骨架有限元分析模型建立的方法主要有兩種：一是將車身骨架簡化為由梁單元組成的框架結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是模型處理速度快，缺點(diǎn)是計算結(jié)果比較粗略，不能較細(xì)的反映出某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)處的真實(shí)情況；另外一種方法是將車身簡化為殼單元，其優(yōu)點(diǎn)是能相對真實(shí)的反映處連接部的情況，缺點(diǎn)是前處理時間工作量大，計算時間長。因此，對于如何合理的建立有效的模型還有待于進(jìn)一步研究。2 有限元法簡介2.1 有限元方法與優(yōu)化理論2.1.1 有限元法概述及其發(fā)展和現(xiàn)狀有限元法是隨著計算機(jī)的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種新興的數(shù)值計算方法，它能對工程實(shí)際中幾何形狀不規(guī)則、載荷和支承情況復(fù)雜的各種結(jié)構(gòu)及零部件進(jìn)行變形計算和應(yīng)力分析，而車身、車架不論是形狀，還是載荷都相當(dāng)復(fù)雜，所以有限元法是計算車身、車架的一種有效而實(shí)用的工具。有限元是一種工程很有用的方法，它的主題是把連續(xù)的結(jié)構(gòu)分成很多個單元，即利用單元分析的結(jié)果來得出結(jié)構(gòu)的整體性能，此方法的力學(xué)基礎(chǔ)是彈性力學(xué)。隨著計算機(jī)的出現(xiàn)和快速發(fā)，有限元法的應(yīng)用越來越廣?，F(xiàn)在通常所說的有限元方法都是在計算機(jī)中來實(shí)現(xiàn)的，特別在最近20年，計算機(jī)模擬技術(shù)的日益成熟，使得有限元法也在不斷變化，不斷發(fā)展。在21世紀(jì)的今天，我國在利用有限元方法上也涉及到很多領(lǐng)域，比如汽車工業(yè)、國防工業(yè)、機(jī)械工業(yè)和航空航天工業(yè)等。就有限元法來說，近30多年來，它的應(yīng)用范圍已從桿、梁結(jié)構(gòu)分析擴(kuò)展到了對彈性力學(xué)平面問題、空間問題以及板殼問題分析，由分析靜態(tài)問題擴(kuò)展到分析動態(tài)問題、波動問題和穩(wěn)定問題，分析對象也從彈性介質(zhì)材料擴(kuò)展到粘彈性、塑性等復(fù)合材料。由此可見，有限元法已獲得了前所未有的巨大發(fā)展。在工程實(shí)踐當(dāng)中，有限元法可對幾何形狀不規(guī)則、載荷和支承情況復(fù)雜的各種結(jié)構(gòu)及零部件進(jìn)行變形計算和應(yīng)力分析，這是經(jīng)典力學(xué)所不能及的。由于有限元法這一無可比擬的優(yōu)越性，它在飛機(jī)、船舶、汽車和拖拉機(jī)等機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計中都得到了廣泛的應(yīng)用。有限元法給該軍車車身骨架設(shè)計提供了先進(jìn)的設(shè)計手段。通過有限元計算可以使我們對車身骨架的受力情況有較精確的了解。在設(shè)計初期對其進(jìn)行有限元計算，可以找出設(shè)計中存在的問題，為今后的設(shè)計提供重要的理論依據(jù)。由于車身骨架結(jié)構(gòu)和載荷的復(fù)雜性，優(yōu)化技術(shù)與有限元分析程序相結(jié)合，將會獲得更好的效果，這也是我們今后進(jìn)行車身設(shè)計的方向。2.1.2 有限元法的特點(diǎn)與傳統(tǒng)分析方法相比較，有限元法具有以下特點(diǎn):(l)不用管分析物體的CAD形狀，可以利用有限元多單元進(jìn)行描述，該方法能適合多種多樣的工程結(jié)構(gòu)。(2)利用有限元法時，在單元描述材料特性時，可以任意的按照物體際情況而定。所以不用考慮各結(jié)構(gòu)之間的影響。(3)在有限元分析時，工程人員可以根據(jù)物體的實(shí)際載荷與約束情況對該物體進(jìn)行多種工況下的分析，這樣大大提高了工程項(xiàng)目的效率，還可中發(fā)現(xiàn)載荷與約束之間的相互關(guān)系。(4)有限元的各種單元用來模擬計算時，這些單元各自的運(yùn)算公式是的，這樣在計算時，使模擬計算更加快速，也方便在計算機(jī)上統(tǒng)一編程，將程序編成模塊式結(jié)構(gòu)。(5)有限元分析方法最終的目的是，讓工程項(xiàng)目快速的解決，因些有分析不能在計算機(jī)中模擬計算的太慢。2.1.3 有限元法的分析步驟有限元方法與一般方法在運(yùn)用上有以下不同有:(l)有限元方法最突出的特點(diǎn)就是把要分析的結(jié)構(gòu)離散化，這也是該方法先和最重要的一步。該方法是把工程項(xiàng)目中的實(shí)物結(jié)構(gòu)或者連續(xù)體通過結(jié)散化，把其分割成很多更小的單元。這樣做就要求工程人員，必須找出與的物體的各各部分一致單元來匹配，最后確定單元的大小、數(shù)量及布置。(2)為了確定結(jié)構(gòu)的位移，取有限元模型中的任一單元進(jìn)行分析。在載荷的前提下，為了準(zhǔn)確的描述位移，不妨用插值模式來代替多項(xiàng)式。這樣結(jié)移就比較容易求出，進(jìn)而可以確定位移場。(3)在有限元模擬計算時，要對各單元載荷向量戶和剛度矩陣進(jìn)。(4)有限元分析的對象是整個結(jié)構(gòu)，因此在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計算時要把結(jié)構(gòu)的每個單元的載荷向量和剛度矩陣按相應(yīng)的方式進(jìn)行組合，從而得到方程， 用在整個結(jié)構(gòu)上的有限元結(jié)點(diǎn)的外力。所以此方程稱為總體剛度平衡方程。2.2 常用的有限元分析軟件現(xiàn)在不管是在什么領(lǐng)域的發(fā)展，有限元分析軟件的作用功不可默。這些主要是在50前發(fā)展起來的，它們的由來也是因?yàn)橛邢拊椒ǖ陌l(fā)展而來的些軟件可以通過有限元分析，可以很容易計算出結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變值，碰撞值樣致使軟件公司開發(fā)了很多軟件，比如:ABAQUS、MARC、SAP、ASKNSYS、NASTRAN、HYPERWORKS等。這些軟件的應(yīng)用可以使有限元法的應(yīng)用。特別是在現(xiàn)在，軟件的應(yīng)用是非常重要的。3 車身骨架有限元模型的建立本文所研究的車身骨架模型是某客車。該客車模型是在UG環(huán)境中建立的，由汽車廠家提供，如圖3.1所示為客車模型的CAD幾何圖形。它一共由500多個零件組合而成，各零件之間的相互位置和裝配關(guān)系等都已經(jīng)確定。本文利用Hyperworks軟件建立有限元模型。3.1 Hyperworks簡介美國Altair公司的Hypermesh軟件是汽車業(yè)內(nèi)公認(rèn)的優(yōu)秀的有限元前后處理軟件。目前HyPermesh已經(jīng)成為全球汽車行業(yè)的主要的標(biāo)準(zhǔn)配置之一，幾乎所有的汽車廠商和大多數(shù)汽車配件廠商都在使用HyPermesh。它的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在:具有許多不同的CAD軟件的接口，讀取如CAD機(jī)和模型的速度與效率較高，由于各種有限元計算軟件的借口，為各種有限元求解器寫出數(shù)據(jù)文件及讀取不同求解器的結(jié)果文件，可以實(shí)現(xiàn)不同有限元軟件之間的模型轉(zhuǎn)換功能，主要體現(xiàn)在一下幾個方面：(l)強(qiáng)大的幾何輸入、輸出功能:強(qiáng)大的幾何輸入功能，支持不同格式的復(fù)雜裝配幾何模型讀取，如UG、CATIA、Pro尼、IGES、STEP、VDAFS、PDGS、STL、DXF等格式的輸入，支持UG的動態(tài)裝配，并且可以設(shè)定幾何容差，幾何模型還可以修復(fù)，支持IGES格式輸出。 Medelbrowser功能有效管理復(fù)雜幾何模型和有限元裝配模型。(2)方便靈活的幾何清理功能:支持多種人工化和自動化的幾何清理功能，復(fù)雜曲面修補(bǔ)，各種縫隙縫合，去除孔洞、相貫倒角等細(xì)小特征，抽取薄殼實(shí)體中面。曲面修補(bǔ)相貫倒角去除中面抽取。(3)與主流求解器無縫集成:支持十余種求解器Optistruet、Anysys、Ls一dyna3d、Abauus、Pamerash、Nastran、Mare、RadiosS等有限元文件的輸入和輸出。(4)高質(zhì)量的網(wǎng)格劃分:非常完善的互動式二維、三維單元劃分工具。用戶可以在劃分網(wǎng)格過程中能夠?qū)γ總€面進(jìn)行網(wǎng)格參數(shù)調(diào)節(jié)，如網(wǎng)格劃分算法、單元偏置梯度、單元密度等。HyperMesh還提供了多種三維單元生成方式，可以用于構(gòu)建高質(zhì)量的四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格和CFD網(wǎng)格。宏菜單和快捷鍵的使用可以讓用戶編輯網(wǎng)格更為迅速靈活，這樣大大提高了工作效率。用戶可以通過