太阳能清洁车车架有限元分析及结构优化

【摘要】：随着世界能源的日益紧缺以及太阳能产业的迅速发展，将太阳能用于交通运输设备已经成为一种趋势。太阳能清洁车是将太阳能作为动力来源来完成路面清扫、垃圾回收及垃圾运输作业的一种专用车。该车主要应用于非主干道，尤其是一些较窄路面的清洁作业中，其优点是大量节省人力，清扫效率显著提高。 太阳能清洁车车架是整车重要的承载部件，蓄电池、垃圾箱等部件均装配在车架上面，同时，在清扫作业和行走过程中，车架还承受来自承载部件以及路面的激励。太阳能清洁车车架由多个横梁及纵梁钢板焊接而成，其强度以及结构形式直接影响到车架的综合性能及使用寿命。 本文以某型号太阳能清洁车车架为研究对象，利用CATIA建立车架的三维数模，在Hyperworks中完成网格划分，建立初步的有限元模型。利用该有限元模型在ANSYS中完成理论模态计算，同时利用HT-1型激振测振仪完成试验模态测量，将有限元计算结果与试验测试结果进行比对，修正初始有限元模型，为后续有限元计算提供真实可靠的有限元模型。 利用修正后的有限元模型在Hyperworks中完成车架强度计算，在ANSYS中完成模态计算、路面响应分析，找到车架的薄弱部位，通过计算结果对车架结构进行局部优化，并重新完成强度校核及模态计算，得到质量更轻，性能更好的车架模型。 本研究为太阳能清洁车车架的设计提供了理论依据，为车架结构的优化提供了理论基础及改进方向。 【关键词】：车架 强度分析 模态分析 路面响应分析 结构优化
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U463.32;U469.691
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 太阳能清洁车发展概况9
• 1.2 车架的分析方法9-11
• 1.2.1 国外的研究现状10
• 1.2.2 国内的研究现状10-11
• 1.3 太阳能清洁车车架有限元分析的意义11-12
• 1.4 本文主要工作12-14
• 第2章 车架有限元模型的建立14-21
• 2.1 太阳能清洁车简介14-15
• 2.2 车架 3D 模型的建立15-16
• 2.2.1 CATIA 软件介绍15
• 2.2.2 车架实体建模15-16
• 2.3 车架有限元模型的建立16-20
• 2.3.1 HyperWorks 软件介绍16-17
• 2.3.2 车架模型处理17-18
• 2.3.3 网格划分及材料特性18-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 车架模态试验及有限元计算21-32
• 3.1 模态试验21-26
• 3.1.1 模态试验的基本原理21-22
• 3.1.2 模态试验的目的22-23
• 3.1.3 试验测试方法概述23
• 3.1.4 车架模态试验过程23-24
• 3.1.5 模态试验结果分析24-26
• 3.2 车架模态有限元计算26-28
• 3.2.1 车架模态有限元分析理论基础26
• 3.2.2 ANSYS 在模态计算中的应用26-27
• 3.2.3 初始有限元模型模态计算27-28
• 3.3 有限元模型的修正28-29
• 3.4 模型修正后模态计算结果与试验结果对比29
• 3.5 修正后模态计算结果分析29-30
• 3.6 本章小结30-32
• 第4章 车架静强度计算32-38
• 4.1 创建约束条件32-33
• 4.2 静强度分析33-35
• 4.2.1 焊点力的计算33-34
• 4.2.2 满载静止工况强度分析34-35
• 4.3 满载制动工况强度分析35-36
• 4.3.1 制动力及惯性力的计算35-36
• 4.3.2 满载制动工况强度分析36
• 4.4 计算结果分析36-37
• 4.5 本章小结37-38
• 第5章 车架城市路面响应分析38-47
• 5.1 概述38
• 5.2 路面随机激励响应分析的理论基础38-44
• 5.2.1 路面不平度功率谱39
• 5.2.2 路面谱的获取39-41
• 5.2.3 空间功率谱密度与时间功率谱密度的转化41-42
• 5.2.4 路面对太阳能清洁车的输入功率谱及密度42-44
• 5.3 车架路谱响应有限元计算44-45
• 5.3.1 ANSYS 在谱分析中的应用44-45
• 5.3.2 车架随机响应分析过程45
• 5.4 随机响应结果分析45-46
• 5.5 本章小结46-47
• 第6章 太阳能清洁车车架结构优化47-53
• 6.1 优化设计概述47-50
• 6.1.1 结构优化设计的基本概念及方法47-48
• 6.1.2 车架结构优化方法的选择48
• 6.1.3 车架结构模型优化前后的对比48-50
• 6.2 车架改进后有限元分析50-52
• 6.3 本章小结52-53
• 第7章 结论与展望53-54
• 7.1 总结53
• 7.2 今后工作的展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-58
• 在学期间发表的学术论文58

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