電動汽車車架拓撲優(yōu)化分析含三維圖
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XX設計（XX）開題報告
一 課題研究的背景與意義
· 課題研究的背景
??????? 早期的車架計算是將車架減化為兩根縱梁, 進行彎曲強度的校核，這顯然滿足不了設計要求。而后進行的車架扭轉強度計算方法是認為車架抗彎曲剛度比抗扭剛度大很多, 進而假定車架在扭曲時整個構件都不發(fā)生彎曲, 這樣就避開了車架高次超靜定求解的困難。但這種方法只計算了純扭轉工況, 沒有能考慮車架的實際工況及局部扭曲(例如油箱、電瓶等) , 這種認為車架工作時各梁部只扭轉不彎曲的觀點是不符合試驗結論的。并且這種計算方法冗長繁雜, 計算量大, 在實際應用中也有一定困難。
??? ?? 隨著電子計算機技術和設備的發(fā)展, 近來在復雜結構計算中新興起一種十分有效的新方法一有限元法, 它給汽車車架計算帶來了廣闊的前景。有限元方法計算車架強度問題, 不需對車架進行嚴格的簡化, 它可以考慮各種計算要求和條件, 計算多種工況, 而且方法同樣簡單, 設計人員和工程技術人員很容易掌握, 計算精度高、速度快, 這就給設計人員提供了一種十分有效的方法, 并有可能進行多方案計算, 選取最佳設計參數(shù)。可以肯定, 有限元法在汽車工程計算中將發(fā)揮越來越大的作用。
· 課題研究的意義
??????? 車架在汽車各大總成中是非常重要的部件，特別是在半承載式車身的電動貨車上，車架不僅承載著車身、動力總成、底盤系統(tǒng)、內外飾和裝載的貨物，還有路面和動力總成傳遞過來的各種各樣復雜的靜載荷和動載荷。因此對車架進行分析和優(yōu)化就顯得非常重要了，這樣不僅可以準確地判斷車架的各種性能是否達到設計和使用的要求，可以在較低的設計和制造成本下提高汽車的各項性能指標。
二 設計方案
1.運用CATIA三維軟件建立電動汽車車架
????????汽車車架是汽車上的一個重要部件, 其中邊梁式車架, 至今仍是汽車車架的重要結構形式。在設計中, 人們總是努力在滿足強度和剛度的條件下盡可能減輕質量, 因此設計出質量輕而各方面性能又達到要求的車架, 是一項重要的工作。邊梁式車架的布置(例如車架的寬度和橫梁的布置) , 往往決定于整車布置, 在確定車架布置的型式之后, 就有如何設計各梁結構參數(shù)的問題, 以往多用類比的方法進行經(jīng)驗設計, 而后驗算其強度和剛度, 這種方法得到的只能是近似解, 且精度不夠。車架的設計應從“類比”轉到“優(yōu)化”上來, 例如某車架, 我們先用有限元程序對車架結構進行靜力分析, 結果表明該車架除個別構件應力水平較高外, 大多數(shù)構件應力水平較低, 強度有富余, 且各個構件的應力水平相差較大, 很不均勻, 因此很有必要進行該車架結構的截面的優(yōu)化設計。
2.建立電動汽車車架的有限元模型
???????? 用有限元方法計算汽車車架, 基本思想是將汽車車架結構化為一組離散單元的集合體。這些單元通過各自的端點聯(lián)接起來, 便可以代替真實的車架結構。在單元化過程中, 要求在每個單元之內, 桿件斷面幾何參數(shù)是不變的。實際結構中變斷面的構件, 則以階梯狀一系列單元代替, 單元和單元之間在其端點聯(lián)接, 該聯(lián)接點稱為節(jié)點。所有載荷和支反力作用點都應取為節(jié)點。之后用位移法, 即以節(jié)點位移為基本未知數(shù), 根據(jù)節(jié)點的平衡和連續(xù)條件, 由虛位移原理建立位移法基本方程, 并求得位移解, 之后再根據(jù)位移求出各單元內力和應力來應當指出, 由于車架本來是由離散構件在縱橫梁交叉點鉚(焊) 接構成的, 所以離散化的本身并不會影響解的精確度就是說, 這種求解方法對于汽車車架這種結構并不是近似解, 而是精確解。
3對電動汽車車架作動態(tài)性能方面的計算
?????? 由于汽車車架的設汁與計算主要考慮靜強度. 所以輕量化的目標很難實現(xiàn)。隨著對汽車輕量化和降低成本的要求日益迫切, 使得人們越來越重視動態(tài)特性的研究, 這就需要在設計初期預測汽車在各種使用情況下的振動響應和應力分布。利用有限元法來分析汽車的動態(tài)響應。 在設計階段就可以考慮與振動有關的問題。在進行動態(tài)分析時, 車架的模態(tài)參數(shù)是最為重要的參數(shù)之一, 為獲得這些參數(shù), 可以采用分析計算法和模態(tài)參數(shù)識別的實驗方法。利用有限元法, 可根據(jù)結構圖紙和材料特性建立動力學模型。 對結構的動特性進行預測。然而在動態(tài)分析中, 結鉤的阻尼特性是很重要的, 應用已有的技術還難從圖形上求得, 因而也就不能進行精確的動態(tài)分析。而模態(tài)實驗所得數(shù)據(jù)具有很高的可靠性, 而且在模態(tài)分析的基礎上可進行結構修改, 既能定性又能定量地預測和改進結構的動特性, 因此它是CA D 通用的有限元法的有效的補充。
?????????4.對電動汽車車架作了靜力學有關方面的有限元研究
?????? 車架在載荷作用下不僅要發(fā)生彎曲變形, 而且還要發(fā)生扭轉變形。薄壁桿件的抗扭性能較差, 當汽車在高低不平的道路上行駛時, 車架要在更加嚴重的扭轉變形情況下工作, 所以分析計算車架強度時, 必須考慮薄壁桿件的扭轉變形, 了解車架的基本構造及材料特性, 有利于進行力學分析。
????????? 5.對電動汽車車架進行拓撲優(yōu)化
??????? 汽車車架由橫梁和縱梁組成, 根據(jù)其結構特點我們用分部優(yōu)化法進行優(yōu)化。用有限元程序對車架的種工況進行整體分析, 得到它的內力分布, 根據(jù)各部分的受力狀態(tài)進行分部優(yōu)化, 修改各部分的設計變量, 將優(yōu)化后的結構參數(shù)組成新的方案, 這樣就是一次循環(huán)或迭代, 爾后作一次結構分析, 檢驗這個方案是否可行。
三：預期成果：車架結構設計合理，能夠順利完成裝配，剛強度符合要求。
四：進度安排
2013.12.01-2014.01.15????? 收集資料撰寫開題報告
2014.01.16-2014.02.28?????? 學習掌握catia的使用以及建模方法
2014.03.01-2014.03.02?????? 畢業(yè)設計開題報告
2014.03.03-2014.04.14?????? 建立車架虛擬模型
2014.04.15-2014.04.20?????? 畢業(yè)設計中期檢查
2014.04.21-2014.05.30?????? 將車架進行優(yōu)化并進行剛強度評價
2014.05.31-2014.06.03?????? 畢業(yè)設計答辯
五：參考文獻
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