纯电动大客车骨架结构轻量化多目标优化设计

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1、————————————————————————————纯电动大客车骨架结构轻量化多目标优化设计————————————————————————————Multi-objectiveOptimizationDesignforElectricBusBodySkeletonStructureLightweight作者姓名：毛爱华专业名称：车辆工程指导教师：王登峰教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月6日摘要纯电动大客车骨架结构轻量化多目标优化设计目前，安全、节能、环保成为汽车工业可持续发展所面临的主要问题。大量研究表明，汽

2、车轻量化是实现节能减排的主要途径之一。大客车车身骨架作为主要承载结构，其重量约占大客车总重量的30%~40%，所以通过车身骨架结构轻量化设计可以有效地实现大客车减重的目的，进而提升其市场竞争力。为了寻求大客车骨架结构轻量化的有效途径，结合汽车轻量化国家重点实验室首期开放课题“新能源客车轻量化技术路径研究”，针对某大客车骨架进行结构优化设计，制定有效的轻量化设计方案，在满足客车性能要求的前提下，取得明显的减重效果。首先根据有限元建模原则，完成对大客车骨架结构的有限元建模，并对其进行静态分析与模态分析，获得车身骨架结构刚度、强度及

3、低阶模态频率等结构性能参数，为后续优化方案性能对比提供依据，同时检验所建有限元模型的正确性。其次对大客车骨架结构进行拓扑优化设计。考虑到大客车骨架结构的复杂性和计算条件的限制，本文采用局部拓扑优化配合迭代思想，依次对车身结构的车顶骨架、车底骨架和左右侧围骨架进行了计算分析，并根据拓扑优化结果结合客车的设计要求，进行了可制造化处理，获得拓扑优化后的大客车骨架结构。然后对大客车骨架结构进行基于灵敏度分析的尺寸优化。通过灵敏度分析确定出对车身骨架结构性能不敏感但对减重较敏感的结构和尺寸参数，将该参数作为优化设计变量，以提高尺寸优化分

4、析效率。然后将质量最小、一阶扭转模态频率和一阶弯曲模态频率最小作为目标函数，弯曲工况和扭转工况下的应变能小于设定值作为约束条件，以型材厚度作为设计变量，基于全局响应面（GRSM）算法获得最佳取值。最后对优化前后的大客车骨架结构性能进行对比分析。结果表明，在满足大客车骨架结构性能要求的前提下实现减重303kg，减重率为11.07%，轻量化效果显著。关健词：大客车，骨架结构，轻量化，局部拓扑优化，灵敏度分析，尺寸优化IAbstractMulti-objectiveOptimizationDesignforElectricBusBo

5、dySkeletonStructureLightweightInrecentyears,safety,energysavingandenvironmentalprotectionhasbeenthemainproblemsfacedbyautomotiveindustriesinsustainabledevelopment.Alargenumberofstudieshaveshownthatautomotivelightweightdesignisoneoftheprincipalwaystoachieveenergycons

6、ervationandemissionsreduction.Asthemainbearingweightpartsofbus,bodyskeletonaccountsforabout30%~40%ofthebustotalweight.Sothelightweightdesignofbodyskeletonhasveryimportantsignificance.Toseekaneffectivemethodforbusbodyskeletonlightweight,thisthesisperformedstructureop

7、timizationdesignsonit,andmadealightweightplan,Combinedwiththeproject.Underthepremiseofmeetingbusperformancerequirements，thedesignshavereducedweightsignificantly.Firstofall,theFEM(FiniteElementModel)ofbusbodyskeletonwasbuilt,accordingtoFiniteelementmodelingprinciples

8、.Thenstaticsanalysisandmodalanalysiswerecarriedouttoobtainbodyskeletonstructurestiffness,strengthandlowerfrequencies.Analysisresultsindica