Majorization of welding spots on car crossgirders and 3 d modeling中文Majorization of welding spots on car crossgirders and 3 d modeling中文节能车的横梁是车体承重的重要部分，车体所承受的向下的压力通过横梁传递给车架。从节能的角度出发，车体本身的自重对节能的实际效果起着至关重要的作用，所以节能车的车架和横梁大多采用轻质合金材料，这就对横梁与车身的焊接提出很高的要求。横梁的形状设计是否科学，焊点的布置是否合理都会直接影响到节能车的使用效果。所以对横梁和车身的焊接部分进行结构优化显得尤为重要。本设计主要从两个方面进行模拟对比实验：一个方面是对比横梁与车身的不同的架构产生的不同结果，另一个方面是对比横梁与车身不同的焊点布置产生的不同结果。主要工作包括以下几个方面：应用Solidworks软件对节能车横梁和车架进行三维建模，形象直观地观测横梁和车身的受力情况，应用Hyperworks软件对受力横梁进行有限元分析，对比试验结果然后对整体结构进行优化。首先使用Solidworks进行建模，然后将模型导入Hyperworks软件进行对焊点结构的有限元分析，不同的焊点布置方案得出了不同的实验结果，再与原来的焊点分布所产生的结果进行比较，得到了最优化的节能车横梁设计方案，使节能车横梁和车架的应力结构得到了最大程度的强化。关键词：节能减排；三维建模；有限元分析；焊点；应力强度；整体结构优化。Keywords: Energy conservation and emissions reduction; 3d modeling; The finite element analysis; Solder joints. Stress intensity; The overall structure optimization.目 录
第一章 绪论 1
1.1选题的目的和意义 1
1.2国内节能车行业发展现状 2
1.3新产品测试中的有限元分析 3
1.4三维建模和有限元分析的广泛应用 4
第二章 节能车车架三维建模 5
2.1三维建模的相关软件 5
2.2
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l structure optimization.目 录
第一章 绪论 1
1.1选题的目的和意义 1
1.2国内节能车行业发展现状 2
1.3新产品测试中的有限元分析 3
1.4三维建模和有限元分析的广泛应用 4
第二章 节能车车架三维建模 5
2.1三维建模的相关软件 5
2.2节能车车轮的三维建模 7
2.3节能车车架的三维建模 8
2.4节能车整车的三维建模 12
第三章 节能车受力梁的焊点的优化 13
3.1在hypermesh软件中加载受力横梁的模型 14
3.2定义设计空间 14
3.3定义响应 15
第四章 优化分析过程 19
4.1优化分析计算 19
4.2查看优化后的节点位置 20
4.3对比分析优化前后的单元密度云图 21
4.4节能车车架强度分析 24
第五章 全文总结 30
5.1论文总结 30
5.2论文中尚存在的不足之处及改进方法 32
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1选题的目的和意义
随着社会的发展，交通工具变得越来越发达并且越来越多样化，人们在生产生活中几乎离不开各种各样的交通工具，交通工具关联着我们日常生活的各个方面。但交通离不开能量的消耗，现在无论国内还国外，都面临着能源危机的挑战，各国都在提倡和实行减少使用石化能源。为了减少能耗以降低环境污染，使用节能环保的交通工具势在必行，对保护环境具有及其重大的意义。节能车正是在这种背景下应运而生的，由于节能车能耗较低、结构比较简单，越来越多的人开始关注和使用节能车。（1）
一般来说，节能车的车架形式和传统的燃料汽车相比较为单一，一般主要以横梁、各种样式的杆件等基本部件组成，结构相对简单，而且材料的使用通常是以铝合金等低密度金属为主，常用的铝合金材料本身并没有很大的强度。在这样的基本情况下，为了保证车辆能够持久地正常使用，并且保证车辆的稳定性和车辆的载重能力，对车架的科学的设计就显得相当重要。（2）
节能车横梁是车架系统的重要组成部件，它的承载能力以及抗疲劳能力关系到整个节能车的安全性和使用寿命。作为承受力的重要支撑部分，其应力水平决定了整个悬架系统的可靠性。为了使用的安全性得到保障，必须设计出刚度合适的横梁。设计余量过大会增加车身自重，增加用材，降低节能车的经济性，跟节能的初衷相违背。一味追求轻量化又会威胁到使用的安全性，如何取得最佳平衡，就要设计出承载能力以及抗疲劳能力合格的横梁。因此横梁的承载能力以及抗疲劳能力是否合适，在着手设计的第一阶段要经过有限元分析。在众多的有限元分析软件当中HyperWorks使用很广，它所提供的HyperMesh是一款前后处理工具，为用户提供了极大的便利,利用它很容易地实现结构优化设计。本设计在对节能车横梁进行网格划分的过程中充分利用了HyperMesh，首先分析横梁在不同条件下的应力强度，然后使用OptiStruct工具对横梁进行拓扑优化与形状优化，既保证了节能车的整体装配不受干扰，又使横梁所受到的应力实现最小化。（3）
使用最合适的材料，可以使得结构的应力强度提高。在确定了用材的情况下，材料本身的强度就保持不变或者说就无法提高了，要实现对车架局部受力的优化，就只有通过改善车架的结构来完成，以达到优化节能车性能的目的。车架的各部分是通过焊接的方式连接的，车架在承受外力作用的时候，焊点布置的不同会导致应力分布的不一样。在这种情况下，对主要受力杆可以进行有限元分析并对其实现优化，提高结构的应力强度，就具有很高的实用价值和实际意义。（4）
1.2国内节能车行业发展现状
尽管全球能源危机，但是石化能源的消耗量仍十分巨大。汽车是石化能源的消耗大户，因汽车排放所形成的环境污染问题变得越来越严重，世界各国都不约而同地对此问题非常重视，节能环保型汽车的发展业已成为我国、乃至全世界汽车行业必须共同面对的一个问题。（5）
近几年来，我国节能车行业的发展十分迅速，2008年37家，2009年发展到39家。截止2011年，全国获得汽车行业环境标志认证的车企达到了46家。其中在上海境内的企业最多，有6家。同时，各企业也在不断推出各种新型的节能环保汽车。从2005年起，我国开始生产环境标志汽车，到2006年底，环保汽车车型的数量增加到20个左右，2007年迅速增加，达到300多种，2008年进一步增加，数量增加到500多种之多，二〇〇九年环保汽车车型的数量累计达到1000种。所有环保汽车车型中，排量为1.6升及排量小于1.6升的汽车车型约占三分之一。（6）
传统的化油器发动机耗油量大，工作稳定性差，废气排放严重。自从有了电子喷射技术，我国的汽油汽车已经完全摒弃了传统的化油器供油方式，采取了更先进经济的电子喷射技术。电子喷射发动机在我国生产的轿车中使用最为广泛。电子控制燃油喷射系统的组成通常分三个部分，分别是进气系统、燃油系统和控制系统。ECU可以精确计算空气流量，计算空气流量的部件一般是普通空气流量计或进气歧管压力传感器，根据发动机进气量和所需空燃比确定和控制发动机工作时所需的供油量，这种燃料控制系统的精确性、节能性和稳定性，比起传统的化油器供油方式有了质的飞跃。（7）
世界各国特别是欧美发达国家, 非常重视绿色汽车技术。技术领先的汽车巨头纷纷投入大量的人力物力，研发各种新能源的低污染的环保汽车。我国在这方面也迅速起步，把节约资源和环境保护列为我国的基本国策。为推动和深化绿色环保的汽车技术,电动汽车在上世纪90年代，就被国家列入科技攻关项目,在“十五”期间的八六三计划中, 电动汽车的研发就被列入重大专项。着力打造电动汽车产业化平台，并以此为为重点, 确保在电动汽车技术方面，不落后于时代，并努力实现拥有自己独有的技术。（9）
1.3新产品测试中的有限元分析
现在的汽车工业发展越来越快，产品的更新换代周期越来越短。这就对新车型的性能测试提出了越来越高的要求。如果测试工作不能同步跟进，匆忙地将新产品推向市场，产品的稳定性难以得到保证，产品一旦出现质量问题，用户对该品牌的信心会大大降低，对企业会造成难以挽回的损失。前一段时间一汽大众速腾后悬挂短轴事件，就是一个很好的例子。速腾本来的后悬挂是多连杆式独立悬挂，为了节省成本，一汽大众将独立悬挂改成了新研发的扭力梁式非独立悬挂。推向市场不久，很多车辆出现了后悬挂断裂。虽然业内专家和用户对大众该车型的断轴问题认识不一，但是可以肯定的是，前期的极限测试工作一定做得不够。包括测试的总里程是否足够长，参与测试的样本数是否足够多，设定的极限条件是
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