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车身的最优承载度及正向概念设计方法

杨静 刘子建 刘瑜

杨静, 刘子建, 刘瑜. 车身的最优承载度及正向概念设计方法[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(2): 283-291. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180158
引用本文: 杨静, 刘子建, 刘瑜. 车身的最优承载度及正向概念设计方法[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(2): 283-291. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180158
Yang Jing, Liu Zijian, Liu Yu. Optimal Loading Degree and Positive Conceptual Design Method of Car Body[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(2): 283-291. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180158
Citation: Yang Jing, Liu Zijian, Liu Yu. Optimal Loading Degree and Positive Conceptual Design Method of Car Body[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(2): 283-291. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180158

车身的最优承载度及正向概念设计方法

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180158
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51475152

详细信息
    作者简介:

    杨静(1992-), 硕士研究生, 研究方向为车身结构全设计流程理论及正向概念设计方法研究, 18390817285@163.com

    通讯作者:

    刘子建, 教授, 博士生导师, zijianliu@hnu.edu.cn

  • 中图分类号: U463.82

Optimal Loading Degree and Positive Conceptual Design Method of Car Body

  • 摘要: 在车身结构正向概念设计阶段,确定最优承载度对指导非承载式纯电动汽车车身轻量化设计具有重要意义。针对模块化的纯电动汽车结构建立了车身的简化几何模型;确定了多点集中载荷作用下非承载式车身承载度与耦合力的函数关系;建立了耦合力作用下车身与车架一致性回传刚度链计算模型;以弯曲刚度为约束条件,以整车质量最轻为目标函数进行优化,得到某款非承载式纯电动汽车的车身与车架各自承受载荷的最优比例及各梁简化截面属性参数。最后利用有限元法建模计算,验证了本文研究方法的合理性和有效性。
  • 图  1  整车结构形式

    图  2  非承载式车身简化几何模型

    图  3  非承载式车身刚度链模型

    图  4  车身、车架简化耦合模型

    图  5  带独立电机和有驱动轴的固定档传动装置

    图  6  车架简化受力图

    图  7  车身简化受力图

    图  8  等效加载力Fn作用受力图

    图  9  对偶坐标系

    图  10  节点J处杆系受力图

    图  11  单点集中载荷下最大挠度和弯曲刚度与轴距的关系

    图  12  整车受多点集中载荷受力图

    图  13  基于承载度的整车轻量化优化分析流程

    图  14  最优承载度求解流程图

    图  15  车架简化结构图

    图  16  车架简化线框模型

    图  17  车身简化主断面

    图  18  弯曲工况下车身变形

    图  19  弯曲工况下车架变形

    图  20  弯曲工况下整车变形

    表  1  主要部件载荷

    部件名称 数量 质量/kg 位置
    电池包 1 250 车架中部
    电机驱动系统 1 40 车架两侧边缘
    乘员及座椅 2 200 车架中部
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    表  2  车身主断面截面参数

    主断面编号 w/mm h/mm t/mm
    1 137.32 105.14 1.21
    2 95.78 87.34 0.91
    3 97.07 75.87 0.76
    4 90.56 71.25 0.88
    5 83.23 69.32 0.71
    6 103.54 81.58 0.91
    7 105.34 90.12 0.75
    8 111.42 95.25 0.83
    9 85.32 80.71 0.78
    10 91.21 75.18 0.61
    11 51.79 43.82 0.68
    12 61.81 45.79 0.64
    13 65.12 43.24 0.71
    14 70.58 52.74 0.92
    15 103.78 91.27 0.99
    16 110.72 93.36 1.01
    17 63.93 51.41 0.79
    18 67.26 52.17 0.79
    19 71.67 50.91 0.87
    20 95.74 87.25 0.89
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    表  3  车架梁单元厚度

    主断面编号 梁单元厚度t′/mm
    1 3.56
    2 4.11
    3 3.49
    4 3.74
    5 3.53
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    表  4  测量点挠度值

    名称 测量点挠度值/mm 容许变形量/mm
    车身 0.496 -
    车架 0.195 -
    整车 0.143 0.45
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  • 收稿日期:  2018-12-13
  • 刊出日期:  2019-02-05

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