大客車(chē)輕量化有限元分析整車(chē)優(yōu)化

大客車(chē)輕量化有限元分析整車(chē)優(yōu)化目錄1整車(chē)尺寸優(yōu)化減重1.1厚度尺寸靈敏度分析1.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析1.3優(yōu)化結(jié)果與原模型對(duì)比1.4薄弱部分加強(qiáng)與二次校核1.5厚度尺寸優(yōu)化最終結(jié)果2拓?fù)渑c開(kāi)孔減重2.1車(chē)架與大塊板料的拓?fù)?.2據(jù)拓?fù)浣Y(jié)果適當(dāng)開(kāi)孔2.3開(kāi)孔方案與原模型對(duì)比2.4強(qiáng)度校核與薄弱部分加強(qiáng)3.1各類支架-油箱、電瓶框等1.1靈敏度分析——變量將期望厚度變化相同的零件使用同一屬性。如上圖同一顏色采用使用同一屬性。整車(chē)為不同屬性建立變量，共建立270個(gè)變量。子組變量個(gè)數(shù)車(chē)架34地板141側(cè)圍84頂蓋121.1靈敏度分析——約束與目標(biāo)質(zhì)量減少大于300kg四種工況加權(quán)應(yīng)變能最小約束目標(biāo)彈性體受外力作用要發(fā)生變形，變形過(guò)程的同時(shí)外力要作功，并且轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰績(jī)?chǔ)存于該彈性體中。這種能量稱為彈性變形勢(shì)能，簡(jiǎn)稱變形能。當(dāng)逐漸卸去外力，彈性體又將所儲(chǔ)存的變形能逐漸釋放而作功，使變形逐漸消失。可以認(rèn)為應(yīng)變能是結(jié)構(gòu)剛度的倒數(shù)，當(dāng)載荷給定后，結(jié)構(gòu)的應(yīng)變能越小則表示系統(tǒng)的剛度越大。1.1靈敏度分析——整車(chē)減薄結(jié)果紅色為增加厚度，黃色為厚度不變，黃色以下為減少厚度原模型優(yōu)化后總質(zhì)量1.937E+01T1.879E+01T490kg加權(quán)應(yīng)變能3.1912E+073.0164E+07-5.48%質(zhì)量下降應(yīng)變能減少1.1靈敏度分析——整車(chē)減薄結(jié)果1.1靈敏度分析——車(chē)架減薄厚度結(jié)果優(yōu)化后車(chē)架厚度車(chē)架原狀態(tài)厚度1.1靈敏度分析——彎曲工況車(chē)架減薄應(yīng)力對(duì)比車(chē)架原狀態(tài)應(yīng)力優(yōu)化后車(chē)架應(yīng)力本頁(yè)只作為簡(jiǎn)單對(duì)比，可以看出強(qiáng)度變化不是太大。且在許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。1.1靈敏度分析——變量對(duì)加權(quán)應(yīng)變能的靈敏度車(chē)架地板側(cè)圍頂蓋靈敏度分析可以幫助設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)哪些屬性對(duì)系統(tǒng)性能影響大，從而幫助設(shè)計(jì)者提出更好的修改建議，進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)性能?？梢钥闯鰧?duì)剛度影響較大的子組有車(chē)架和頂蓋，地板最小。1.1靈敏度分析——部分高靈敏度變量對(duì)應(yīng)零件將較敏感的變量去掉，不作為優(yōu)化的對(duì)象。剩余變量如上右圖對(duì)整車(chē)剛度影響較小，且較均勻。如上左圖部分對(duì)剛度較敏感的零件，都是較長(zhǎng)的梁和較大的板，與實(shí)際相符。1.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——變量、約束、目標(biāo)去掉對(duì)剛度較為敏感的變量，剩余201個(gè)變量質(zhì)量減少300kg以上四種工況加權(quán)應(yīng)變能最小約束目標(biāo)變量應(yīng)力約束不超過(guò)原狀態(tài)應(yīng)力10%子組原有變量個(gè)數(shù)現(xiàn)在變量個(gè)數(shù)車(chē)架3424地板141124側(cè)圍8444頂蓋1291.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——變量、約束、目標(biāo)去掉對(duì)剛度較為敏感的變量，剩余200個(gè)變量質(zhì)量最小四種工況加權(quán)應(yīng)變能不增大約束目標(biāo)變量應(yīng)力約束不超過(guò)原狀態(tài)應(yīng)力10%優(yōu)化方案21.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——優(yōu)化結(jié)果左側(cè)右側(cè)紅色為增加厚度，黃色為厚度不變，黃色以下為減少厚度。Lengend表示厚度變化率。1.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——優(yōu)化結(jié)果原模型優(yōu)化后總質(zhì)量1.937E+01T1.88E+01T490kg加權(quán)應(yīng)變能4.18E+074.01E+07-3.2%1.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——車(chē)架優(yōu)化結(jié)果車(chē)架位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)254954166.552364.5364.51086.5176.552464.5464.51164.518542564.5564.51264.5196.55664.513542043764.514442154886.51554226.551.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——頂蓋優(yōu)化結(jié)果車(chē)架位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)22.52921.5321.51021.5421.5521.5621.5721.5821.52-20中，2表示序號(hào)。20表示厚度變化率。1.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——地板優(yōu)化結(jié)果地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)233.5723.51222.251722.5322.5832.251322.51822.5422.5923.51422.251922.5522.51021.751522.252022.5632.251121.751622.251.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——地板優(yōu)化結(jié)果地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)221.75721.751221.751722321.75821.751332.251832.75422.25921.51421.751932.5521.751032.51521.752033621.751131.51622.51.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——地板優(yōu)化結(jié)果地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)252.51221.75333.51321.754221421.55221521.75621.751621.57211722.5821.51821.75952.51921.51021.52021.51121.251.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——地板優(yōu)化結(jié)果地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)222.51221.25322.51321422.51421.5521.51521.25621.751621.5721.751721.25821.251821.259211921.251021.252021.751121.52122.52221地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)22232241.5151.5161.5171.518219211.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——地板優(yōu)化結(jié)果1.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——側(cè)圍優(yōu)化結(jié)果1.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——側(cè)圍優(yōu)化結(jié)果1.2部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——側(cè)圍優(yōu)化結(jié)果1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比車(chē)架彎曲工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前41.357.487.8145.130.438.653.791.3166.933.2優(yōu)化以后39.669.291.5142.137.136.271.297.1160.943.0L1L2L3L4L5R1R2L1R3R4R5地板彎曲工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前129.996.8143.3138.5131.6113.8112.1101.9優(yōu)化以后81.065.6147.4152.6130.7107.5122.4103.6L1L2L3L4L5R1R2R3注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比側(cè)圍（左）彎曲工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前46.774.188.7119.6124.3優(yōu)化以后61.891.9125.9109.8113.4L3L5L4L2L1注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比側(cè)圍（右）彎曲工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前100.87632.264.640.4優(yōu)化以后130.495.841.680.940.2R5R3R4R2R1注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比頂蓋彎曲工況位置123優(yōu)化以前23.223.736.5優(yōu)化以后24.524.639.51231.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比車(chē)架扭轉(zhuǎn)（左）工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前190.292.383.889.5131.8124.3136.3優(yōu)化以后193.795.198.2107.5153.8127.6158.5L1L2R1R2L1R3R4R5注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比地板扭轉(zhuǎn)（左）工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前163.4123.5143.0156.9140.3123.9127.2118.4優(yōu)化以后104.7114.1146.7178.9146.7115.6115.9127.6L1L2L3L4L5R1R2R3注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比側(cè)圍（左）扭轉(zhuǎn)（左）工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前66.9118.5129.998.3100.4優(yōu)化以后86.9148.7188.891.894.7L3L5L4L2L1注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比側(cè)圍（右）扭轉(zhuǎn)（左）工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前142.8134.239.755.463.5優(yōu)化以后197.9172.950.570.563.3R5R3R4R2R1注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比頂蓋扭轉(zhuǎn)（左）工況位置123優(yōu)化以前14.518.155.9優(yōu)化以后14.618.562.11231.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比車(chē)架轉(zhuǎn)彎工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前141.2165.0131.4259.5139.7優(yōu)化以后138.7159.6142.8247.6139.8L1L2L3L4L1R11.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比地板轉(zhuǎn)彎工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前113.5149.8104.5173.1145.055.0113.3140.5155.7128.7優(yōu)化以后98.3114.9149.4196.0150.784.1187.1253.8160.3106.1L1L2L3L4L5R1R4R5R2R3注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比側(cè)圍（左）轉(zhuǎn)彎工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前51.777.886.1105.7136.8優(yōu)化以后65.195.4126.9147.5130.2L3L5L4L2L1注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比側(cè)圍（右）轉(zhuǎn)彎工況位置L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5優(yōu)化以前117.8104.333.744.653.4優(yōu)化以后147.5130.242.456.757.4R5R3R4R2R1注：紅色數(shù)字是優(yōu)化以后應(yīng)力超過(guò)許用應(yīng)力且有較明顯的增大1.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比頂蓋轉(zhuǎn)彎工況位置123優(yōu)化以前18.220.933.6優(yōu)化以后18.421.537.71231.3部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比1.4

部分厚度尺寸變量?jī)?yōu)化分析——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比結(jié)論

從優(yōu)化結(jié)果與原模型應(yīng)力對(duì)比可以看出，優(yōu)化結(jié)果的應(yīng)力分布并沒(méi)有變化。部分區(qū)域應(yīng)力增加。分別位于車(chē)架一處、地板一處、側(cè)圍有三處?？梢钥闯龅谝淮纬叽鐑?yōu)化結(jié)果尚可，下面需要對(duì)1.2節(jié)的優(yōu)化厚度進(jìn)行調(diào)整。

常用異型鋼管規(guī)格長(zhǎng)（mm）寬（mm）厚度（mm）2020230301.5/240402/350502/2.5/330152402024030250302/2.550402/2.5/3603026040370502/2.5/380403難點(diǎn)：并未考慮異型材常用規(guī)格。具體厚度的確定需要協(xié)商。1.4

二次強(qiáng)度校核與薄弱部分加強(qiáng)——整車(chē)強(qiáng)度對(duì)比結(jié)論分別位于車(chē)架有一處、地板有一處、側(cè)圍有三處的應(yīng)力增加較大區(qū)域。根據(jù)1.3節(jié)應(yīng)力結(jié)果再次對(duì)1.2節(jié)中的厚度數(shù)值進(jìn)行調(diào)整。增加應(yīng)力較大部件的厚度；對(duì)應(yīng)力小的部件進(jìn)行刪減或者再次減小厚度；對(duì)不常見(jiàn)的厚度進(jìn)行圓整。再次計(jì)算后，整車(chē)的剛度強(qiáng)度變化如下表。目前項(xiàng)目進(jìn)展情況可以見(jiàn)下頁(yè)結(jié)論。工況骨架最大應(yīng)力變化率骨架最大位移變化（%）骨架應(yīng)變能變化（%）彎曲4.8%112.3-3.75%8.82E06-5.8%107.88.30E06前左側(cè)彎扭9.8%218.72.88%1.01E7-6%212.69.54E6前右側(cè)彎扭10%220.32.13%1.01E7-5.6%215.39.56E6轉(zhuǎn)彎15%2542.3%1.36E7-4.6%2481.22E71.4

二次強(qiáng)度校核與薄弱部分加強(qiáng)—現(xiàn)有新方案與原模型指標(biāo)對(duì)比右此表何以看出，按照目前優(yōu)化尺寸計(jì)算的車(chē)架減少質(zhì)量達(dá)546Kg。但是從最大位移變化和應(yīng)變能變化都減小可以看出，骨架剛度增加。但是強(qiáng)度有所降低。所幸這些應(yīng)力只是少數(shù)幾處局部增大，稍許調(diào)整即可避免。1.5

尺寸優(yōu)化最終結(jié)果——車(chē)架減薄方案車(chē)架位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)253954166.552364.5364.51086176.552464.54641164.518552564.55641264.5196.55266.54664135420432764764.5144421542864.58861554226.55298626272829-186kg目前優(yōu)化得到尺寸，需繼續(xù)調(diào)整1.5

尺寸優(yōu)化最終結(jié)果——頂蓋減薄方案車(chē)架位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)22.52921.5321.51021.5421.5111.51521.5621.5721.5821.511地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)233.57331233.51733222.53321.75833132.521821.5232.53433.5921.5142.521921.52421.5532.51032.51533202.52.525取消621.5112.521621.5211.51.5251.5

尺寸優(yōu)化最終結(jié)果——側(cè)圍減薄方案地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)221.572取消1221.5172.52222.52.5321.5821.513431821.5232.52.5421.5921.5142.521921.5242.53521.51021.51521.52021.52522.56431121.751621.52121.526取消261.5

尺寸優(yōu)化最終結(jié)果——側(cè)圍減薄方案地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)232.5732.51221.5332.5832.5432.5932.551.511031.25644111.51.51.5

尺寸優(yōu)化最終結(jié)果——側(cè)圍減薄方案地板位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)位置優(yōu)化前(mm)優(yōu)化后(mm)233.5723.51222.251722.5322.5832.251322.51822.5422.5923.51422.251922.5522.51021.751522.252022.5632.25