低速純電動汽車車架的輕量化研究

【摘要】：目前市場流通的電動汽車車架大都是方鋼、角鋼組合方式。即車架主體由梁狀結(jié)構(gòu)通過點焊而成。整體重量集中在車架部位，而且沒有對車架的承載進行準確的計算。更多的電動車生產(chǎn)廠家車架材料的使用來源于經(jīng)驗，經(jīng)驗認為承載10人的電動車車架的型材一定能夠制造承載6人或者4人的電動車車架。同時由于我國的電動車工業(yè)還沒有形成足夠的市場競爭力，這導(dǎo)致生產(chǎn)廠家有足夠的利潤可以獲得，從而根本不用去考慮從細微處控制生產(chǎn)成本。另外一點，對于低速純電動車來講，主要的成本來源于電池的價格，一般使用者在電池使用壽命到期以后選擇報廢電動車整車，這種情況甚至使電動車廠家在生產(chǎn)過程中自動的忽略了車架的防銹處理，進而間接的造成環(huán)境污染。 本文利用有限元分析建立車架的模型，對車架進行強度和剛度的分析，根據(jù)分析結(jié)果來判斷是否可以滿足汽車的正常使用，并進一步通過對承載點詳細加載，以達到車身輕量化設(shè)計的目的；并且通過對方鋼、角鋼以及其他密度更小的材料組合方式的研究分析，試圖將非承載點或者承載小的區(qū)域用其他材料代替，例如鋁合金型材，采用鉚接方式形成車架整體。然后同樣利用有限元分析建立分析模型，對車架進行強度和剛度的分析，根據(jù)分析結(jié)果來判斷是否可以滿足汽車的正常使用，并進一步通過對承載點詳細加載，以達到車身輕量化設(shè)計的目的。 使用Catia V5R20對型號為四座純電動汽車車架建立的三維數(shù)字化模型，分析過程中對網(wǎng)格的劃分使用三角形和矩形兩種方式，同時嚴格采用Aspect Ratio值=1，驗證了建模參數(shù)的正確性。根據(jù)實際加載情況，利用Ansys Workbench14.5的有限元分析功能對整體車架進行了有限元分析，確定了車架質(zhì)量為94.404kg，最大應(yīng)變?yōu)?.00119mm。利用Ansys Workbench14.5優(yōu)化功能對低速純電動汽車車架進行了鋼鋁混合結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，將優(yōu)化前后的結(jié)構(gòu)進行了對比，優(yōu)化后的車架的最大應(yīng)變下降了5%，整個車架的重量下降26%，實現(xiàn)了設(shè)計初衷，優(yōu)化效果明顯。對鋼鋁混合結(jié)構(gòu)接頭性能進行了分析，比較嵌入式鉚接和焊接輻板鉚接兩種方式得出嵌入式鉚接的應(yīng)力與變形只有焊接輻板鉚接的應(yīng)力與變形的20%。即前者的接頭性能遠遠優(yōu)于后者。 【關(guān)鍵詞】：純電動汽車 車架 輕量化 鋼鋁混合結(jié)構(gòu) 建模參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 電動汽車及其使用優(yōu)勢10-11
• 1.2 國內(nèi)外電動汽車車架研究的進展情況11-12
• 1.3 課題研究的內(nèi)容和意義12-14
• 1.3.1 課題來源及研究的技術(shù)路線12-13
• 1.3.2 課題研究的目的和意義13-14
• 1.3.3 課題研究的主要內(nèi)容14
• 1.4 本章小結(jié)14-15
• 第二章 電動車架的優(yōu)化方法和策略15-27
• 2.1 有限元法的基礎(chǔ)理論15-22
• 2.1.1 有限元法的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用范圍15-16
• 2.1.2 有限元分析的四個階段16-18
• 2.1.3 有限元分析的力學(xué)基礎(chǔ)18-22
• 2.2 優(yōu)化技術(shù)簡介22-25
• 2.2.1 Ansys 結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)簡介22-23
• 2.2.2 拓撲優(yōu)化技術(shù)23-25
• 2.3 Ansys 對低速純電動車車架優(yōu)化的步驟25-26
• 2.4 本章小結(jié)26-27
• 第三章 低速純電動汽車車架的應(yīng)力和應(yīng)變分析27-37
• 3.1 純電動車車架結(jié)構(gòu)有限元模型的建立27-28
• 3.1.1 純電動車車架 CAD 三維模型的建立27-28
• 3.1.2 低速純電動車有限元模型的建立28
• 3.2 純電動車車架的靜力結(jié)構(gòu)分析28-36
• 3.2.1 純電動車車架靜力結(jié)構(gòu)分析29-36
• 3.3 本章小結(jié)36-37
• 第四章 低速純電動汽車車架的優(yōu)化分析37-45
• 4.1 材料優(yōu)化分析37-41
• 4.2 結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化分析41-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 第五章 鋼鋁混合結(jié)構(gòu)接頭性能的分析45-53
• 5.1 連接方式 1 優(yōu)化分析45-48
• 5.1.1 鋼材嵌入鋁合金框架45-47
• 5.1.2 鋁合金嵌入鋼材框架優(yōu)化分析47-48
• 5.2 連接方式 2 優(yōu)化分析48-52
• 5.2.1 鋁合金焊接輻板鉚接到鋼材49-50
• 5.2.2 鋼材焊接輻板鉚接到鋁合金優(yōu)化分析50-52
• 5.3 本章小結(jié)52-53
• 第六章 總結(jié)與展望53-55
• 6.1 總結(jié)53
• 6.2 展望53-55
• 參考文獻55-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果58-59
• 致謝59-60
• 附件60

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