基于I-DEAS的客车车身骨架轻量化优化设计.pdfVIP

学兔兔 l lI》 似 基于I—DEAS的客车车身骨架轻量化优化设计 Busbodyframeweightlighteningoptim ization design based onI-DEAS 陈元华 CHENYuan．hua (桂林航天工业高等专科学校 汽车与动力工程系，桂林541004) 摘 要：利用有限元软件I—DEAS建立了某中型客车车身骨架的有限元模型。借助I-DEAS软件的 optimization模块，以客车车身自重作为优化 目标函数，选取对车身骨架总体质量影响较大的9 种梁的截面积以及车身蒙皮厚度作为优化设计变量，选择应力最大值、位移最大值以及车身低 阶固有频率构成约束条件对客车车身骨架进行了结构优化。经过8次迭代优化后车身骨架质量 减轻了135．54k6，强度、刚度和低级频率满足使用要求。 关键词：客车车身；I-DEAS；优化设计；轻量化 中图分类号：U463．32 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2012)3(下)-Ol50-03 Doi：10．396cl／J．issn．1009-0134．2012．3(下)．48 0 引言 过程 中采用板梁结合模型。即车身骨架部分采用 汽车轻量化，即采用现代设计方法和有效的 BEAM188梁单元，车身蒙皮采用 SHELL63板壳 手段对汽车产品进行优化设计 ，或使用新型材料 单元，车身有限元模型中除了梁单元和壳单元之 和制造技术在确保汽车综合性能指标的前提下， 外还有部分连接单元和质量单元。经过模型简化、 尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重、降 网格划分和载荷施加 以及边界模拟最终得到包括 耗、环保 、安全 的综合 目标 u】。结构优化设计是 蒙皮的客车车身骨架有限元模型 (如图1)。此模 实现汽车轻量化的主要途径之一。车身骨架的结 型共生成 6243个梁单元、4075个壳单元，607个 构优化设计是利用有限元软件 中的优化模块根据 连接单元、96个质量单元、8706个节点。 既定的结构类型和形式、工况、材料和规范所规 表1 车身骨架材料性能参数 (安全系数K=I．5) 定的各种约束条件 (例如强度、刚度、稳定性等 )， 提出优化的数学模型，再根据优化设计的理论和 方法求解优化模型，即进行结构分析、优化设计、 再分析、再优化，反复进行，直到收敛为止。 本文首先借助大型有限元分析软件 I-DEAS建 立研究车型的有限元计算模型，接着建立了以客 车车身 自重为优化 目标函数的优化数学模型，最 后利用I-DEAS软件 自带的Optimization优化模块 对车身骨架进行结构优化。经过优化，车身骨架 质量减轻 了 135．54kg，轻量化效果明显。 1 建立客车车身有限元模型 本文所研究的中型客车其车身承载骨架 中的 图1 某中型客车车身有限元模型 矩形管、隔断和加强用的钢板的材料均为 Q235； 车架材料为 16Mn。根据厂家的设计生产实践取安 2 结构优化设计数学模型的建立 全系数K为 1．5，Q235和 16Mn两种材料的主要 对于结构优化设计 问题，关键是建立设计参 性能参数，见表 1。根据所研究车型的