整车环境下重型商用车货厢结构的轻量化设计

【摘要】随着重型商用车的快速发展，为了减轻商用车自身重量、增加商用车安全性，汽车设计师越来越重视商用车零部件的轻量化设计。因此，重型商用车的各部件的优化设计愈加的被各界所重视。由于商用车货厢通过副车架与车架相连接，存在着复杂的弹性耦合关系，而目前商用车的各类优化方法大多针对单个零部件进行优化，所得到的结果在具有复杂耦合关系的整车装配条件下并不能确保是优化的。因此，本文主要研究的是在整车环境下重型商用车货厢部件的轻量化设计。本文在整车装配条件下，引入了结构静力模态刚度及其灵敏度的概念，并据此进一步推导了货厢结构的轻量化设计的广义逆优化方法，进而对已有的某重型商用车的货厢结构开展减重优化设计。首先，通过HyperWorks软件的HyperMesh模块对重型商用车整车进行有限元模型的创建。将商用车划分成驾驶室及其支承弹簧、前后悬架弹簧、车架以及货厢等五个主要的组成部分，其中货厢详细分割为左右侧板、前后挡板、左右侧板及后挡板加强筋、前挡板加强筋、副车架、底板纵梁以及底板横梁等七个子部件。然后，使整车结构处于弯扭组合工况，利用HyperWorks软件的Radioss和HyperView模块对整车模型进行分析计算，得到整车及其货厢各子部件的静力模态刚度及灵敏度。如果需要在维持弯扭刚度条件不变的情况下降低整车的重量，可以减小货厢的质量，即减小货厢中各主要部件相应的尺寸。因此，对货厢结构的轻量化设计问题进行了定义，即在满足强度和刚度等要求的情况下，令货厢结构的质量最小。采用基于静力模态刚度灵敏度的广义逆优化方法对货厢进行轻量化设计，选出主要优化参数，最终得出商用车货厢的减重设计结果。最后，为比较减重货厢结构与原货厢结构的静强度，给出了超载工况、转弯工况以及制动工况等三种工况下的货厢减重方案的静强度评估。同时，给出了标准载荷条件下原货厢设计方案与减重设计方案整车动态特性的比较。最终得出结论，依据重型商用车货厢结构的减重设计结果可以得知，以结构静力模态刚度及其灵敏度为基础提出的货厢结构轻量化设计的广义逆优化方法是可行有效的，该方法满足对具有复杂耦合关系的系统进行优化设计的要求。
【作者】雷钧；
【导师】陈宇东；
【作者基本信息】吉林大学，固体力学，2014，硕士
【关键词】重型商用车；货厢；轻量化；静力模态刚度及灵敏度；广义逆优化；

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