低速纯电动汽车车架的轻量化研究

【摘要】：目前市场流通的电动汽车车架大都是方钢、角钢组合方式。即车架主体由梁状结构通过点焊而成。整体重量集中在车架部位，而且没有对车架的承载进行准确的计算。更多的电动车生产厂家车架材料的使用来源于经验，经验认为承载10人的电动车车架的型材一定能够制造承载6人或者4人的电动车车架。同时由于我国的电动车工业还没有形成足够的市场竞争力，这导致生产厂家有足够的利润可以获得，从而根本不用去考虑从细微处控制生产成本。另外一点，对于低速纯电动车来讲，主要的成本来源于电池的价格，一般使用者在电池使用寿命到期以后选择报废电动车整车，这种情况甚至使电动车厂家在生产过程中自动的忽略了车架的防锈处理，进而间接的造成环境污染。 本文利用有限元分析建立车架的模型，对车架进行强度和刚度的分析，根据分析结果来判断是否可以满足汽车的正常使用，并进一步通过对承载点详细加载，以达到车身轻量化设计的目的；并且通过对方钢、角钢以及其他密度更小的材料组合方式的研究分析，试图将非承载点或者承载小的区域用其他材料代替，例如铝合金型材，采用铆接方式形成车架整体。然后同样利用有限元分析建立分析模型，对车架进行强度和刚度的分析，根据分析结果来判断是否可以满足汽车的正常使用，并进一步通过对承载点详细加载，以达到车身轻量化设计的目的。 使用Catia V5R20对型号为四座纯电动汽车车架建立的三维数字化模型，分析过程中对网格的划分使用三角形和矩形两种方式，同时严格采用Aspect Ratio值=1，验证了建模参数的正确性。根据实际加载情况，利用Ansys Workbench14.5的有限元分析功能对整体车架进行了有限元分析，确定了车架质量为94.404kg，最大应变为0.00119mm。利用Ansys Workbench14.5优化功能对低速纯电动汽车车架进行了钢铝混合结构的优化设计，将优化前后的结构进行了对比，优化后的车架的最大应变下降了5%，整个车架的重量下降26%，实现了设计初衷，优化效果明显。对钢铝混合结构接头性能进行了分析，比较嵌入式铆接和焊接辐板铆接两种方式得出嵌入式铆接的应力与变形只有焊接辐板铆接的应力与变形的20%。即前者的接头性能远远优于后者。 【关键词】：纯电动汽车 车架 轻量化 钢铝混合结构 建模参数
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 电动汽车及其使用优势10-11
• 1.2 国内外电动汽车车架研究的进展情况11-12
• 1.3 课题研究的内容和意义12-14
• 1.3.1 课题来源及研究的技术路线12-13
• 1.3.2 课题研究的目的和意义13-14
• 1.3.3 课题研究的主要内容14
• 1.4 本章小结14-15
• 第二章 电动车架的优化方法和策略15-27
• 2.1 有限元法的基础理论15-22
• 2.1.1 有限元法的基础理论及应用范围15-16
• 2.1.2 有限元分析的四个阶段16-18
• 2.1.3 有限元分析的力学基础18-22
• 2.2 优化技术简介22-25
• 2.2.1 Ansys 结构优化技术简介22-23
• 2.2.2 拓扑优化技术23-25
• 2.3 Ansys 对低速纯电动车车架优化的步骤25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 低速纯电动汽车车架的应力和应变分析27-37
• 3.1 纯电动车车架结构有限元模型的建立27-28
• 3.1.1 纯电动车车架 CAD 三维模型的建立27-28
• 3.1.2 低速纯电动车有限元模型的建立28
• 3.2 纯电动车车架的静力结构分析28-36
• 3.2.1 纯电动车车架静力结构分析29-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 低速纯电动汽车车架的优化分析37-45
• 4.1 材料优化分析37-41
• 4.2 结构尺寸优化分析41-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第五章 钢铝混合结构接头性能的分析45-53
• 5.1 连接方式 1 优化分析45-48
• 5.1.1 钢材嵌入铝合金框架45-47
• 5.1.2 铝合金嵌入钢材框架优化分析47-48
• 5.2 连接方式 2 优化分析48-52
• 5.2.1 铝合金焊接辐板铆接到钢材49-50
• 5.2.2 钢材焊接辐板铆接到铝合金优化分析50-52
• 5.3 本章小结52-53
• 第六章 总结与展望53-55
• 6.1 总结53
• 6.2 展望53-55
• 参考文献55-58
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果58-59
• 致谢59-60
• 附件60

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