某12米客车的轻量化研究

【摘要】随着资源的急速消耗，资源枯竭型城市越来越多；随着空气污染物的排放增多，大气污染蔓延了整个中国。据调查，汽车尾气已经成为了我国大型城市的主要污染来源，为了节约资源、减少排放，我国政府正在多个城市试行小客车限购令，并且提倡人们乘坐公共交通工具出行。作为城乡公共交通工具主角的客车正在节能减排方面发光发热，数据表明，汽车轻量化对节能减排具有明显效果，因此本文要对一款12米公路客车进行轻量化研究，使其可以在节能减排方面发挥更大的作用，同时也可以为同类车型的轻量化工作提供参考数据。随着国内外工业技术的进步，客车车身结构轻量化方法也在不断发展。通过相关文献资料研究发现，客车车身结构轻量化方法主要分为三个方面：1）新型材料的合理使用，主要为强度/密度比值高的材料；2）采用新的制造工艺；3）符合力学性能的车身结构合理设计。由于制造成本问题，大部分新型材料和新的制造工艺目前在客车上的运用还较少，随着技术的进步，它们在未来会对客车车身结构轻量化有较大影响。但无论是过去、现在还是未来，通过车身结构合理设计来减轻重量的方法都是实现轻量化的根本方法。本文从结构的合理设计方面研究了K6121车型客车车身结构，并且实现了它的轻量化目标。CAE技术的发展使得人们可以更好地通过结构的合理设计来实现轻量化。客车通过结构的合理设计来实现轻量化的方法一般情况下分为结构杆件合理布局的方法和截面尺寸优化法。本文主要采用非轴向应力最小化法来进行结构杆件合理布局，为了使结构杆件合理布局更有效率地进行，本文参考了诸多同类车型。根据非轴向应力最小化法，通过应力-内力分析，本文对K6121车型车身结构的后悬牛腿处相关结构、发动机支架、中门踏步、左右侧围进行了相关结构杆件的合理布局设计，达到轻量化目的同时，还提高了局部结构的强度和刚度性能，为车身结构进一步轻量化提供了更大的空间。通过对结构杆件的合理布局，K6121车型共减重76.91Kg，占车身结构重量的2.15%。可见非轴向应力最小化法在客车结构杆件合理布局中扮演着重要的角色。车身结构形式确定后，本文通过截面尺寸优化法，对K6121车型车身结构上的低应力杆件进行了进一步的轻量化设计。其中截面尺寸优化是一种简单、直接、有效的轻量化方法。根据截面尺寸优化法，本文对K6121车型车身结构的大截面梁、行李舱地板结构、前门踏步结构、电瓶放置处结构等进行了相关截面尺寸优化，达到了进一步轻量化的目的。K6121车型通过截面尺寸优化后共减重268.57Kg，占车身结构重量的7.49%，可见截面尺寸优化法是一种非常有效的轻量化设计方法。K6121车型车身结构完成轻量化设计后，本文对轻量化车身结构进行了新的基本性能分析，发现：轻量化车身结构基本不存在高应力杆件，并且杆件布局更加合理，静刚度与动刚度性能皆与原始车身结构保持在同一水平，强度性能与开口变形性能得到了较大的提高。综上，K6121车型轻量化车身结构在保持了原始车身结构的强度、刚度及开口变形性能前提下，减重345.48kg，占车身结构重量的9.64%。
【作者】关丹丹；
【导师】那景新；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】全承载客车；轻量化设计；非轴向应力最小化；截面尺寸优化；

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