某轻量化电动客车骨架连接结构的优化设计研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kinglovechina
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摒弃了传统全钢薄壁杆件焊接方式,轻量化客车车身骨架使用了轻质材料铝合金和高强度钢通过薄壁杆件连接而成,减轻了客车车身骨架重量,实现了节约能耗,降低排放的目的。但铝合金和高强度钢同时使用对传统的焊接接头的结构性能有所下降。为了保证客车车身达到轻量化的效果的同时并能改善轻量化车身骨架的强度、刚度以及疲劳等性能,本文从客车车身骨架连接接头入手,对车身骨架中典型的T-型连接接头结构参数进行优化设计,提高接头局部性能。首先,对客车车身骨架中T-型螺栓连接的侧围和底部过渡的接头部分重新进行三维模型构建,并建立其有限元模型。考虑到螺栓排布方式对接头结构性能的影响,选取螺栓型号,螺栓数量和螺栓分布的间距三个参数进行组合,组合后形成4个对照组选取14个可行的实验组完成了螺栓连接接头的非线性准静态分析。然后,引入螺栓直径、螺栓中心间距、连接件厚度、连接件肋板面积、连接件铝材厚度5个设计变量进行优化设计。选取节点的最大变形和最大应力作为输出响应。利用25组正交试验数据,采用多项式回归分析方法建立了各指标与设计变量之间的函数关系。建立了以使节点最大变形和最大应力尽可能小为目标的多目标优化设计模型。采用自适应模拟退火(ASA)算法对优化模型进行求解,该算法能很好地处理混合设计变量。结果表明,优化后的螺栓连接设计方案使最大应力降低了71.81%,而最大变形的变化幅度较小。最后,考虑T-型螺栓连接接头同时涉及异质材料和同质材料的连接,对连接件和各被连接件的厚度匹配进行分析,并选取5个厚度变量为设计变量,以疲劳循环次数和结构最大变形量为目标进行稳健性优化。优化后结合客车车身侧围局部结构对优化后的T-型螺栓连接接头验证分析。优化结果与有限元分析的结果误差在10%以内。因此,本文采用的电动客车钢铝车身框架T-型螺栓连接接头优化设计方案是可行的,并能够应用于车身骨架中。
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