液化气罐车行走系统轻量化与耐撞性分析研究

【摘要】： 本文论述了国内外汽车轻量化及碰撞研究的现状,分析了国内外轻量化及碰撞所采用的研究方法、研究理论及所取得的研究成果,并结合课题介绍了汽车轻量化及耐撞性有限元基本理论,阐述了液化气罐车轻量化及耐撞性分析研究的意义,提出了本文研究的内容和研究的目标。 在此基础上详细地介绍了液化气罐车行走系统的结构特点、尺寸参数和工作状况。结合企业实际的需求,提出了对行走系统进行轻量化研究以及对轻量化后的行走系统后下部防护装置进行耐撞性研究的总体研究方案,并对工具平台和计算软件进行分析介绍。 紧接着根据企业提供的图纸,采用板壳单元建立了行走系统轻量化有限元模型,考虑到计算规模和计算时间,在不影响计算精度的前提下,对行走系统结构进行了简化,忽略了结构中对计算精度影响不大的部分以提高计算效率。同时在建立模型的过程中需要考虑各部件之间的连接关系,认为各部件之间是刚性连接,并对悬架系统进行了模拟研究。选择合理的单元尺寸和单元形状对轻量化几何模型进行网格划分,合理的单元规模和良好的单元形状关系到有限元计算精度和计算效率。最后对行走系统进行了有限元分析计算并对行走系统轻量化潜力进行了分析。 在对行走系统原结构有限元计算分析的基础上,确定了轻量化研究的主要内容包括车桥的选型和车架主体部分的改进设计。通过对车桥承载能力的分析,选取经济、合适的车桥；车架主体部分通过改进行走系统各部件的尺寸参数的方法,达到减轻行走系统重量的目的,然后对改进结构进行刚度和强度对比计算分析。最后对改进结构基于整体进行强度和刚度的校核。通过对比计算分析,在改进结构强度和刚度不明显低于原结构强度和刚度的前提下,提高了材料利用率,与原结构比质量减轻了142.67kg,减重约17.76%,取得了较好的轻量化效果。 最后对轻量化后的行走系统后下部防护装置进行耐撞性研究,对液化气罐车行走系统后下部防护装置在追尾碰撞过程中的变形、速度及加速度进行了仿真分析,提出了改进措施。通过对仿真结果的比较分析,改进结构的后下部防护装置满足法规要求和安全性要求。 本文的研究成果不仅提供了典型液化气罐车行走系统轻量化结构分析的计算模型和计算方法,解决了企业的实际问题,更重要是为企业提供了一套切实可行的轻量化研究方案,提高了产品的竞争力,降低了产品成本,提升了企业的设计水平。同时对轻量化后的后下部防护装置进行了耐撞性研究,这种考虑液化气罐车行走系统轻量化及轻量化后的后下部防护装置耐撞性问题的综合研究,它将给同类产品及相关企业产品设计提供有价值的参考。 【关键词】：行走系统 轻量化 耐撞性
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：U469.61
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 引言11-19
• 1.1 课题背景11
• 1.2 研究的目的和意义11-13
• 1.3 国内外研究概况13-18
• 1.3.1 国外研究概况13-15
• 1.3.2 国内研究概况15-18
• 1.4 研究内容和目标18-19
• 1.4.1 研究主要内容18
• 1.4.2 研究目标18-19
• 第2章 汽车轻量化分析及耐撞性有限元基本理论19-26
• 2.1 汽车轻量化的途径19-21
• 2.2 汽车碰撞的研究方法21-23
• 2.2.1 经验法21-22
• 2.2.2 试验法22
• 2.2.3 数值分析法22-23
• 2.3 汽车耐撞性有限元基本理论23-26
• 2.3.1 虚功原理23-24
• 2.3.2 显示时间积分及时间步长24
• 2.3.3 沙漏及控制途径24-26
• 第3章 行走系统结构特点及总体方案研究26-34
• 3.1 行走系统的结构特点26-30
• 3.1.1 罐体结构特点26-27
• 3.1.2 车架主体结构特点27-29
• 3.1.3 车桥及悬架结构特点29-30
• 3.1.4 附属装置结构特点30
• 3.2 研究总体方案的确定30-32
• 3.3 计算平台及工具分析32-34
• 第4章 行走系统结构计算分析34-43
• 4.1 悬架的模拟34
• 4.2 焊接的模拟34-35
• 4.3 单元的选择和网格的划分35
• 4.4 计算载荷及工况的确定35-37
• 4.4.1 载荷的处理36
• 4.4.2 工况及约束的确定36-37
• 4.5 车架主体有限元模型的建立37
• 4.6 车架主体有限元分析37-41
• 4.6.1 原结构刚度计算37-39
• 4.6.2 原结构强度计算39-41
• 4.7 行走系统轻量化潜力分析41-43
• 第5章 行走系统轻量化改进设计43-54
• 5.1 行走系统强度刚度评估43
• 5.2 行走系统轻量化改进方案43-46
• 5.2.1 车架主体的轻量化改进措施44-45
• 5.2.2 车桥的选型45-46
• 5.3 行走系统改进结构有限元计算46-50
• 5.3.1 改进结构刚度计算分析46
• 5.3.2 改进结构强度计算分析46-50
• 5.4 基于整体的改进结构校核50-52
• 5.4.1 整体结构刚度计算分析50-51
• 5.4.2 整体结构强度计算分析51-52
• 5.5 总结52-54
• 第6章 后下部防护装置耐撞性分析研究54-63
• 6.1 后下部防护装置的作用及法规要求54-55
• 6.2 后下部防护装置55
• 6.3 耐撞性模型的选取及建立55-57
• 6.3.1 材料模型的选取55-56
• 6.3.2 几何模型的建立56-57
• 6.4 单元及网格的划分57-58
• 6.5 载荷、约束的施加及参数的设置58-59
• 6.6 后下部防护装置碰撞结果对比分析研究59-62
• 6.7 总结62-63
• 第7章 总结与展望63-65
• 7.1 全文总结63
• 7.2 研究展望63-65
• 参考文献65-68
• 研究生期间发表论文情况68-69
• 致谢69

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