低速纯电动汽车车架的轻量化研究

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作者：

杨卓

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摘要：

目前市场流通的电动汽车车架大都是方钢,角钢组合方式.即车架主体由梁状结构通过点焊而成.整体重量集中在车架部位,而且没有对车架的承载进行准确的计算.更多的电动车生产厂家车架材料的使用来源于经验,经验认为承载10人的电动车车架的型材一定能够制造承载6人或者4人的电动车车架.同时由于我国的电动车工业还没有形成足够的市场竞争力,这导致生产厂家有足够的利润可以获得,从而根本不用去考虑从细微处控制生产成本.另外一点,对于低速纯电动车来讲,主要的成本来源于电池的价格,一般使用者在电池使用寿命到期以后选择报废电动车整车,这种情况甚至使电动车厂家在生产过程中自动的忽略了车架的防锈处理,进而间接的造成环境污染. 本文利用有限元分析建立车架的模型,对车架进行强度和刚度的分析,根据分析结果来判断是否可以满足汽车的正常使用,并进一步通过对承载点详细加载,以达到车身轻量化设计的目的;并且通过对方钢,角钢以及其他密度更小的材料组合方式的研究分析,试图将非承载点或者承载小的区域用其他材料代替,例如铝合金型材,采用铆接方式形成车架整体.然后同样利用有限元分析建立分析模型,对车架进行强度和刚度的分析,根据分析结果来判断是否可以满足汽车的正常使用,并进一步通过对承载点详细加载,以达到车身轻量化设计的目的. 使用Catia V5R20对型号为四座纯电动汽车车架建立的三维数字化模型,分析过程中对网格的划分使用三角形和矩形两种方式,同时严格采用Aspect Ratio值=1,验证了建模参数的正确性.根据实际加载情况,利用Ansys Workbench14.5的有限元分析功能对整体车架进行了有限元分析,确定了车架质量为94.404kg,最大应变为0.00119mm.利用Ansys Workbench14.5优化功能对低速纯电动汽车车架进行了钢铝混合结构的优化设计,将优化前后的结构进行了对比,优化后的车架的最大应变下降了5%,整个车架的重量下降26%,实现了设计初衷,优化效果明显.对钢铝混合结构接头性能进行了分析,比较嵌入式铆接和焊接辐板铆接两种方式得出嵌入式铆接的应力与变形只有焊接辐板铆接的应力与变形的20%.即前者的接头性能远远优于后者.

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关键词：

纯电动汽车 车架 轻量化 钢铝混合结构 建模参数

学位级别：

硕士

学位年度：

2014

被引量：

3