【摘要】：隨著傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的大量使用,環(huán)境污染問題和能源短缺問題正變得愈發(fā)嚴(yán)峻。因此,以純電動(dòng)客車為代表的清潔、環(huán)保的交通工具迎來(lái)了更加廣闊的發(fā)展空間。目前,大多數(shù)純電動(dòng)客車具有整車質(zhì)量大、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分布不合理、續(xù)駛里程短等劣勢(shì)。本課題針對(duì)一款12米長(zhǎng)的純電動(dòng)公交客車,基于有限元法對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析,并開展了輕量化方面的研究�；谟邢拊ǖ慕Y(jié)構(gòu)分析。在HyperMesh中完成了客車的有限元建模,并通過樣車的靜態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的正確性。通過Nastran對(duì)其進(jìn)行了五種典型道路工況下的強(qiáng)度、剛度分析以及自由模態(tài)分析。結(jié)果表明,該車的各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足要求,同時(shí)強(qiáng)度余量較大,可以進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。基于尺寸優(yōu)化的輕量化研究。根據(jù)有限元分析的結(jié)果,對(duì)骨架上各構(gòu)件進(jìn)行了篩選和分組。并以整車骨架自重最小作為優(yōu)化目標(biāo),以各組構(gòu)件的厚度作為設(shè)計(jì)變量,以客車在各工況下的最大應(yīng)力、骨架主要開口處的變形以及一階扭轉(zhuǎn)頻率作為約束,對(duì)客車進(jìn)行了尺寸優(yōu)化。最終該車在各項(xiàng)性能都滿足要求的前提下,客車骨架的質(zhì)量理論上從3012千克降至1677千克,減重44.3%�；趶�(fù)合材料的客車輕量化研究。首次基于碳纖維復(fù)合材料對(duì)該客車的骨架進(jìn)行了重新設(shè)計(jì):首先設(shè)計(jì)了客車骨架上各結(jié)構(gòu)件的復(fù)合材料鋪層方案,然后將骨架材料從原來(lái)的高強(qiáng)度鋼替換成碳纖維材料。之后根據(jù)有限元分析的結(jié)果以及復(fù)合材料強(qiáng)度失效準(zhǔn)則,對(duì)復(fù)合材料客車上部分鋪層進(jìn)行了小范圍的改進(jìn)和調(diào)整。最終該車在各項(xiàng)性能都滿足要求的前提下,骨架的質(zhì)量理論上從3012千克降至858.4千克,減重71.5%。
【圖文】：

國(guó)際鋼鐵協(xié)會(huì)把抗張力在 270～700 MPa 的鋼鐵稱為高強(qiáng)度鋼[18]。高強(qiáng)度高、成本低的特點(diǎn)，，密度和普通的鋼材相當(dāng)，因此可以在結(jié)構(gòu)做的情況下依然保證結(jié)構(gòu)的安全性。與其他的金屬材料相比，高強(qiáng)度鋼比較簡(jiǎn)單，并且在材料的采購(gòu)成本方面擁有極大的優(yōu)勢(shì)。因此它成為車行業(yè)應(yīng)用最為廣泛的輕量化材料，主要用于制造車身承力的結(jié)構(gòu)件合金、復(fù)合材料等輕質(zhì)、低密度新型材料相比，高強(qiáng)度鋼的減重效果般，無(wú)法獲得最為理想的輕量化效果。通過在鋁中加入某些其他元素得到的鋁合金是一種高強(qiáng)度、高硬度、高度的材料，并且擁有優(yōu)秀的耐蝕性和抗疲勞性[19]。根據(jù)美國(guó)鋁學(xué)會(huì)的露，與鋼制車身相比，理論上鋁合金車身可減重 40%左右[19]，顯著的燃油經(jīng)濟(jì)性。如圖 1-1 所示，國(guó)外相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，未來(lái)數(shù)年內(nèi)鋁合的應(yīng)用比例將會(huì)持續(xù)攀高，到 2025 年平均每臺(tái)車上鋁質(zhì)材料的使用0 磅。鋁合金的材料成本相對(duì)較高，并且與傳統(tǒng)的鋼制車身相比，鋁加工工藝截然不同，需要引入全新的總裝生產(chǎn)線，設(shè)備投資成本較高鋁合金的大規(guī)模應(yīng)用只能局限在售價(jià)較高的高端車型上。

第二章 純電動(dòng)客車的有限元建模第二章 純電動(dòng)客車的有限元建模全承載式客車模型主要包括車身骨架、蒙皮結(jié)構(gòu)、內(nèi)外飾、動(dòng)力總成、空、懸架等，整車載荷主要通過車身骨架來(lái)承受。骨架是通過將各種尺寸矩形鋼管、槽鋼、鋼板以及少量截面形狀不規(guī)則的桿件等以焊接的方式而成的。如圖 2-1 所示，本文的研究對(duì)象是來(lái)自上汽申沃客車的一款 12 米長(zhǎng)的交客車。該車靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)，作為客車動(dòng)力源的車載動(dòng)力電池包一部分被車頭部的頂蓋上，另一部分被放置在客車尾部的底架上。該車主要用于短途通行，相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表 2-1 所示，包括司機(jī)座椅在內(nèi)車上一共有 9 個(gè)，雙人座椅 12 個(gè)。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U469.72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2666984