启飞汽车

摘要

    随着经济的发展进步，人们的生活水平快速提高。汽车成为人们出行的重要方式。燃油汽车由于石油的不可再生以及对环境造成的污染，逐渐被电动汽车取代。电动汽车具有广阔的市场前景。在电动汽车的设计中，车身骨架是关键，既要求强度高同时又要求结构可靠。

一、前言
 
　　在电动汽车的骨架设计中，要满足结构的安全性，还要保证其正常的工作，同时车身的轻便也是非常重要的，也要对车身设计做好优化。 

二、车身骨架设计必要性以及设计原则
 
　　车身是汽车的重要组成部分之一。目前国内的电动汽车一般都是从传统汽车转换为驱动装置，而不是发动机，而是与传统汽车的车辆结构和布局有很大的不同，从而存在诸多问题，如：操纵稳定性和乘坐舒适性，电力系统和控制系统空间的限制，我们更担心电池寿命问题。所以我们需要开发一种新的电动车体来改变中国电动汽车从传统汽车的转型，大大提高了电动汽车的动力和可靠性，降低了成本，实现了大规模生产，满足了国内外的需求。市场。无论是出于电动汽车生活的考虑，还是提高电动汽车的速度，除了拥有良好的动力系统外，还需要减轻汽车的重量。减轻重量不仅可以提高驾驶的驱动力，而且可以减小悬挂的横向惯性，有利于提高车辆的操纵稳定性。因此，轻量化不仅成为传统设计追求汽车的指标，也是目前电动车设计追求的目标 

三、对车身骨架的CAE分析
 
　　CAE计算机辅助工程，是计算机技术与工程分析技术的结合，形成了新兴技术。目前，CAE在汽车产品开发过程中一直处于不可替代的地位，CAE技术水平提高了中国汽车工业的竞争力，发展国民经济发挥了重要作用。CAE在汽车产品开发过程中侧重于以下三个方面：a.缩短产品开发周期；b.降低产品开发成本；c.有利于车辆和零部件性能更优越的发展。那么，车身骨架CAE分析需要什么呢？ 

1.车身骨骼结构的静态分析

    包括身体骨骼结构的强度和刚度。汽车的实力是确保汽车安全可靠的重要指标。车身骨架的力量将直接影响到汽车的有效寿命，局部应力集中的骨架会导致局部车体开裂甚至破裂。因此，身体骨骼必须具有足够的身体力量，起主要作用。车身结构的刚度是指车身结构反映的载荷与变形之间的关系的特征。身体刚度是身体表现评估的一个非常重要的指标，刚性，会导致门框，窗框等身体变形，以及门卡住，碎玻璃，泄漏造成的密封懒惰，装饰脱落等问题，也引起身体振动频率低，发生结构共振。由于身体结构通常满足刚体要求的身体强度指标基本可以满足要求，因此一般侧重于骨架骨架结构分析。目前，提出了一种双层结构优化模型，以确定每个薄壁梁的最佳横截面积，最终达到轻体骨架的高刚度。

2.身体骨架结构的模态分析

    模态分析用于确定设计中结构或机器部件的振动特性（固有频率和模式）。它是动态载荷结构设计中的重要参数，可作为其他更为详细动力学分析的起点，如瞬态动力学分析，谐波响应分析和光谱分析。模态分析以下三个方面的作用：一是避免在特定频率下产生共振或振动的结构；二是了解不同类型动态负载响应的结构；第三是帮助其他动态分析估算解决控制参数，如时间步长。 

四、汽车车身结构轻量化研究方法
 
　　汽车车体结构的轻量化设计是应用优化设计方法，在提高材料利用率的前提下，在保证机身性能要求的同时，减少冗余材料，从而达到轻型车身结构的目的。随着并行工程与计算机技术等现代工程技术的飞速发展及其在汽车车身设计分析中的广泛应用，轻型结构设计的发展具有以下特点：①结构设计与性能分析并行；②优化设计思路③采用虚拟仿真实验技术，部分采用物理实验实验。④身体概念设计是身体设计的重要阶段；⑤有限元法广泛应用。车身结构轻质结构优化设计方法。 
　　所谓的“最优设计”是指满足所有设计要求的程序，所需的支出（如质量，体积，压力等）最小。最优设计是数学优化理论与工程设计的结合。将实际设计问题变为优化问题，从满足各种约束的可行方案中找到最优设计方案。根据不同的设计对象，根据设计变量的类型，将结构优化分为结构尺寸优化，形状优化，地形优化和拓扑优化四个层次。 

1.尺寸优化方法 

　　尺寸优化是指在给定结构的类型，材料，布局和几何形状的前提下对单个部件的横截面尺寸进行优化，使得结构最轻或最经济，例如桁架结构最优截面尺寸；几何形状的平面结构的每个部分的最佳厚度。 

2.形状优化方法
 
　　形状优化是指优化结构的几何形状，如优化桁架组的位置，优化连续体的边界形状，内部开口的结构和形状优化。形状和尺寸优化是开发的四个优化技术中的第一个，最简单的实现和更成熟，许多商业有限元软件具有更方便使用的模块，并且可以是静态的（例如质量，应力，变形等）和动态（例如，固有频率和模式）。 

3.形貌优化方法
 
　　形态优化是一种形状优化的方法，也就是说，在板的形状中找到最优分布的设计方法的设计方法，用于设计薄壁结构的加强压痕，同时降低结构质量可以达到强度，频率等要求。形态优化不会去除材料，但是在可设计的区域中，肋是基于节点的干扰而产生的。形态优化是一种高级形式的形状优化，使用变量作为形状变量。地形优化的设计区域首先分为大量自变量，然后进行一系列迭代优化，并计算出这些变量对结构的影响。通过设置壳单元沿其正常方向的运动，调整有限元网格模型的结构形状，直到获得满足设计目标的最优移动节点区域的最优組合。它与钣金表面的强化有关腱的布局设计过程是类似的。地形优化的目标函数可以是身体部位的频率，刚度和强度。设计变量是确定优化过程中节点位移的向量。加固方向一般与冲压方向相同，最大高度肋宽或加强角等；设计变量间隔选择也可以作为约束。 

4.拓扑优化方法
 
　　由于结构尺寸优化，在确定结构布局的前提下进行形状优化和地形优化。优化设计的效果也受限于以前确定的设计布局，并且不能改变结构的拓扑结构。因此，在结构设计初期的概念设计中，引入拓扑优化来达到目的的汽车轻量级。拓扑优化方法是基于已知约束条件（如外部载荷和支撑），找出给定空间区域单载荷或多载荷物体的最优结构材料分布方案，使结构刚度最大化或输出位移，应力等来满足结构设计方法的要求，这是有机组合的有限元分析。
 
作者：纪远令 张文国  来源：中国科技博览

 

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