低速纯电动汽车一次成型整体车身轻量化研究

【摘要】：汽车工业发展到今天，保证行车安全、减少环境污染和节约资源已经成为汽车行业急需解决的三大难题。在如此严峻的形势下，电动汽车受到普遍重视，成为各国研究的重点，而电动汽车的车身轻量化是应对这个难题的有效方法。 车身轻量化主要通过新型结构设计、新工艺和新材料三条途径来实现。本文在采用复合材料HDPE的微型纯电动汽车车身设计中，研究了一次成型轻量化车身设计及制造工艺技术，通过滚塑成型实验，得到了满足电动汽车使用要求的轻量化车身。论文的主要研究内容有： (1)建立了车身的三维模型，对车身在四种典型工况下的应力进行了分析。结果表明：四种工况下车身的强度都满足电动汽车的使用要求，除个别区域应力较大之外，其余部分应力值较低，材料富足，存在轻量化潜力。 (2)由于路面激励频率大都在2.08Hz以下，并且以避开敏感频率3Hz为标准，通过模态分析，计算出车身的前几阶固有振型在7~16Hz之间，表明车身避免了共振现象。通过车身瞬时模态动态分析，计算出瞬态载荷下车身危险部位的最大应力以及该部位的等效应力响应，结果表明：最大应力保持在许用应力范围之内，车身不存在强度安全问题。 (3)运用刚度法对车身进行了拓扑优化，依据拓扑优化结果，对电动汽车车身结构了进行改进。改进后车身质量下降6.69kg，占初始质量的8.94%，四种工况下的最大应力及车身整体阶扭转、弯曲频率基本维持在原有水平，达到了设计标准。 (4)制作了滚塑一次成型专用模具，以HDPE为原料，完成了滚塑一次成型实验。研究结果表明：一次成型车身能够满足设计和使用要求。 【关键词】：复合材料 微型纯电动汽车 一次成型 瞬时模态动态分析 拓扑优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究背景与意义11-12
• 1.2 车身轻量化技术研究现状12-15
• 1.3 论文主要研究内容15-17
• 第2章 电动汽车车身静力学分析17-27
• 2.1 车身有限元模型的建立17-21
• 2.1.1 车身有限元模型的建立原则17
• 2.1.2 车身三维模型处理17-18
• 2.1.3 单元类型选取18
• 2.1.4 网格划分及其质量控制18-19
• 2.1.5 材料属性19-21
• 2.2 车身静力学分析21-26
• 2.2.1 水平弯曲工况22-23
• 2.2.2 悬空工况23-24
• 2.2.3 紧急制动工况24-25
• 2.2.4 急转弯工况25-26
• 2.3 车身强度校核26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 电动汽车车身动态分析27-34
• 3.1 动态分析的主要方法27-28
• 3.1.1 振型叠加法27-28
• 3.1.2 直接解法28
• 3.2 车身模态分析28-32
• 3.2.1 模态分析理论28-29
• 3.2.2 模态分析的评价方法29
• 3.2.3 车身模态计算29-31
• 3.2.4 车身模态结果分析31-32
• 3.3 车身瞬时模态动态分析32-33
• 3.3.1 瞬时模态动态分析工况32
• 3.3.2 瞬时模态动态分析计算及结果分析32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 电动汽车车身拓扑优化34-42
• 4.1 拓扑优化的原理和方法34-36
• 4.1.1 结构优化方法34-35
• 4.1.2 拓扑优化方法35-36
• 4.1.3 拓扑优化数学模型36
• 4.2 拓扑优化过程36-38
• 4.2.1 建立拓扑优化初步模型37
• 4.2.2 拓扑优化内容37-38
• 4.3 优化结果分析及结构改进38-39
• 4.4 优化后车身性能验证39-40
• 4.5 本章小结40-42
• 第5章 滚塑一次成型实验42-52
• 5.1 滚塑成型的原理和原料42-44
• 5.1.1 滚塑成型原理42-43
• 5.1.2 滚塑成型原料43-44
• 5.1.3 滚塑一次成型的优点44
• 5.2 滚塑成型工艺44-46
• 5.2.1 加料44
• 5.2.2 加热44-45
• 5.2.3 旋转速度45
• 5.2.4 冷却并旋转45-46
• 5.2.5 脱模并定型46
• 5.3 滚塑成型关键技术46-49
• 5.3.1 滚塑一次成型专用模具46-48
• 5.3.2 恒温定型室48-49
• 5.4 滚塑成型工艺技术难点49-50
• 5.4.1 气泡和孔眼49
• 5.4.2 车身收缩与变形49-50
• 5.5 一次成型实验结果50
• 5.6 本章小结50-52
• 总结和展望52-54
• 全文总结52
• 全文展望52-54
• 参考文献54-58
• 附录 A 攻读学位期间发表的论文58-59
• 致谢59

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