纯电动汽车车身轻量化的设计与研究

【摘要】：车身作为整车的重要组成部分,对其进行轻量化能够显著的降低整车质量,从而提高整车的整体性能,降低对能源的消耗和对环境的污染。对于纯电动汽车来说,对车身进行轻量化不仅能够降低对于能源的消耗和环境的污染,还能显著的提高纯电动汽车的续航里程,对纯电动汽车进行车身轻量化设计就显得尤为重要。 在对车身进行轻量化设计时,主要有两种方法：对车身进行结构优化设计；应用新型材料对车身进行轻量化设计。本论文结合以上两种轻量化设计的方法,对车身进行了灵敏度分析,车身轻量化方案一是在灵敏度分析的基础之上,对构成车身总成的主要钣金件进行了厚度的优化设计。车身轻量化方案二是在灵敏度分析的基础之上,运用新材料高强度钢代替传统的低碳钢,实现车身的轻量化设计。 本论文在绪论中论证了对纯电动汽车进行轻量化设计的可行性和必要性,论述了本次轻量化设计的背景。对车身轻量化设计的方法做了一定的介绍。对本次所用到的有限元设计方法进行了简介,同时列出了本次课题研究的主要内容。 第二章叙述了对车身进行轻量化设计的两种方法。在对车身进行轻量化设计时,传统的手段是通过对车身结构进行优化来达到降低车身质量的目的。随着轻质材料技术的不断发展,新型的轻质材料在车身上的应用越来越多,使用新型的轻质材料来降低车身的质量已经成为了一个重要的手段。 第三章构建了白车身有限元模型,并通过仿真得到了该白车身在不同测量位置的静态刚度值和车身在自由状态下的固有振动频率和振型,分析该白车身的静态刚度和固有频率是否符合车身的刚度设计要求。对于得到的车身刚度数据和自由状态下的振动数据,作为车身轻量化设计的依据和验证车身轻量化是否成功的基础数据。 对构成白车身的大部分钣金件进行了关于整个白车身质量、静态刚度和自由状态下的模态的灵敏度分析,根据灵敏度分析的结果,提出两个车身轻量化设计方案。轻量化的车身刚度是否符合设计要求,需要对轻量化后的车身进行静态刚度和固有频率的验算,并与第三章所得到的车身静态刚度值和固有频率做比较。 为了验证轻量化之后的车身是否符合碰撞安全性能的要求,对车身进行侧面碰撞的模拟。验证了两个轻量化方案的合理性。 【关键词】：纯电动汽车 车身轻量化 灵敏度分析 碰撞安全性
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72;U462.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-11
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 纯电动汽车车身轻量化设计的发展现状9-10
• 1.3 本课题研究的主要内容10-11
• 第2章 车身轻量化设计的理论基础和方法11-19
• 2.1 结构优化设计综述11-12
• 2.2 结构优化设计的基本方法12-13
• 2.2.1 结构拓扑优化12
• 2.2.2 结构形貌优化设计12
• 2.2.3 结构的形状优化设计12-13
• 2.3 有限元分析技术简介13-16
• 2.3.1 有限元分析简介及其应用意义13-14
• 2.3.2 有限元基本理论介绍14-16
• 2.4 应用新材料进行轻量化设计16-19
• 2.4.1 高强度钢材在车身轻量化上的应用16-17
• 2.4.2 铝合金在车身轻量化上的应用17-18
• 2.4.3 镁合金在车身轻量化上的应用18-19
• 第3章 纯电动汽车车身有限元建模及基本性能分析19-40
• 3.1 纯电动汽车白车身有限元建模19-24
• 3.1.1 选择单元种类、确定单元尺寸以及网格质量检查19-20
• 3.1.2 结构简化20-21
• 3.1.3 白车身有限元模型的建立21-24
• 3.2 白车身有限元模型焊接仿真24-25
• 3.3 纯电动汽车白车身模态分析25-29
• 3.3.1 模态分析技术综述25-27
• 3.3.2 模态分析在汽车领域内的应用27
• 3.3.3 纯电动汽车车身模态分析27-29
• 3.4 纯电动汽车白车身静态刚度分析29-39
• 3.4.1 刚度分析综述29-31
• 3.4.2 白车身刚度分析31-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 基于灵敏度分析的车身轻量化设计40-61
• 4.1 引言40
• 4.2 车身灵敏度分析概念及其数学方法40-41
• 4.2.1 灵敏度分析概述40-41
• 4.2.2 灵敏度分析的数学方法41
• 4.3 基于灵敏度分析的车身优化设计理论41-44
• 4.3.1 车身优化设计基本理论41-42
• 4.3.2 设计变量42-43
• 4.3.3 约束条件43
• 4.3.4 目标函数43-44
• 4.4 基于灵敏度分析的纯电动汽车车身轻量化设计44-56
• 4.4.1 白车身优化设计变量的选择44
• 4.4.2 车身轻量化设计流程44-45
• 4.4.3 车身优化设计模型45-46
• 4.4.4 车身动静态特性和质量灵敏度分析46-51
• 4.4.5 车身轻量化设计结果验算51-56
• 4.5 基于应用高强度钢的车身轻量化设计56-59
• 4.5.1 应用高强度钢实现车身轻量化56-57
• 4.5.2 车身轻量化结果验算57-59
• 4.6 本章小结59-61
• 第5章 基于碰撞安全性的车身轻量化研究61-66
• 5.1 引言61
• 5.2 整车碰撞有限元模型的建立61-62
• 5.3 确定初始条件62-63
• 5.3.1 碰撞时间的确定62
• 5.3.2 输出K文件62-63
• 5.4 基于轻量化设计的整车侧面碰撞三种方案比较63-65
• 5.4.1 侵入量比较63-64
• 5.4.2 三种方案加速度对比64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第6章 全文总结和展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-70

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