新能源客车车身结构设计及强度分析

刘畅

摘要：现如今，随着我国经济的快速发展，能源问题越来越受到人们的关注。能源问题。成为了世界经济发展的主要问题，人类所创造的环境污染也越来越严重，对于国际汽车行业，能源环境的要求也越来越高。能源的日渐枯竭给新能源的发掘和发展创造了条件，但是新能源却给汽车的车身带来了一系列的挑战，汽车行业迅速应对，一些新材料兴起，为汽车的生产产生了关键作用。能源的枯竭导致新能源的快速发展，但新能源的发展给车辆的重量带来了新的挑战，一些新材料的应用起到了关键作用。新的研究数据表明，车身的材料对于减重方面的作用比较大，几乎起了关键性的作用。

关键词：新能源客车;车身结构设计;强度分析

引言

目前，安全、节能、环保成为汽车工业可持续发展的主要方向。大客车车身骨架作为主要承载结构，其重量约占大客车总重量的30%～40%，合理的汽车轻量化设计不但可以减重，有效地实现节能减排，还可以在一定程度上改善汽车性能。

1车身材料简单分类

车身材料应符合车身设计，制造，装配和维护的要求。它还需要满足使用，安全和美观的要求。目前市场上的大多数传统汽车都是钢结构，占整个汽车行业的80%。随着科学技术的发展，各种新型材料已广泛应用于车身，包括铝合金和碳纤维复合材料。1915年，福特生产出第一个钢体，铝合金和塑料零件，只有部分车，1980年，高强度钢板开始广泛应用于汽车车身面板，从现在甚至在未来一段时间里，这种类型的原材料仍旧在投入使用中。中国科学院长春应用化学研究所“聚丙烯腈基碳纤维的发展”成立于1962年，开展了大量的基础研究。这种新材料是一种公认的碳纤维材料，这种材料H已经在太空飞行中被广泛使用了好几年。随着科学技术的发展，材料成本逐渐下降，并将在近期内在民用领域得到广泛应用。

2新能源汽车结构的设计

2.1各种新材料的性价比

新材料比传统钢材密度高三到七倍，这对车辆的重量有利，但对于密度和重量而言却不足以起到决定性作用。铝和镁、UM合金和塑料，高强度复合纤维材料是替代传统钢材的主要材料。拉伸强度方面，C维复合材料的拉伸强度远远优于其他材料。与钢相比，碳纤维复合材料的质量是钢的一半，碳纤维复合材料的冲击能量吸收能力是钢的4～5倍。框架和前部使用碳纤维复合材料保险杠框架呈现塔式塌缩柱，通过材料，加工工艺，产品结构设计，倒塌柱在前部碰撞中破碎成许多小块，在吸能效果的过程中，保证船员的安全。耐腐蚀性在汽车的许多地方，都需要受到环境条件的影响，如汽油，油，汽车车道的化学腐蚀和高盐度，高温，寒冷的雨水和下雪的天气等。因此，所需材料必须具有耐腐蚀性。钢的耐腐蚀性通常需要特殊的防腐处理。在不同的条件下很难保证其一致性和使用寿命。铝和镁合金是优良的防腐材料。但它们具有与钢相同的一致性和使用寿命。FRP，塑料和碳纤维复合材料具有优异的耐酸，耐碱，耐盐和耐溶剂性，因此它们是优异的耐腐蚀材料。它的使用寿命比其他材料更长。

2.1客车车身拓扑优化理论研究

在拓扑优化的过程中，需要建立整体汽车的基础模型，在通过对模型进行优化处理，在模型中保留实际车身中的必要结构，清除非必需结构，在以优化最终的结构进行最终处理布局，促使整体的结构分化为n个单元，则每个单元分贝为xi（i=1、2、3…n），当优化为第j个单元后，将其命名为非必要单元，使xi为0，反之则为1，为了得到更好的优化设计，一般所采用的方法为变密度法。在连续拓扑优化过程中，应当先对模型建立完整的拓扑优化空间，随之确定好车身模型的主要条件以承受的最大力量，然后在相应的优化中，对建立模型的无关材料进行自动删除，最终使模型达到最优的状态。

2.2有限元网格的合理划分

针对后悬架纵臂的三维模型而言，采用IGS的格式形式，使其被科学导入到有关处理软件HYPERMESH当中，从而达到使构造离散化的目的，通过运用HYPERMESH内的几何清除、面提取以及网格的分类等相应的功能，获取到有限元的网格，实现网格的合理优化处理。由于纵臂依靠铸造处理所形成，体单元表现出较高精度特征，所以选用solid44单元进行模拟处理。最后获得的有限元模型涵盖了21153个节点，67633个相应单元。纵臂的材料是铸钢，相应的弹性模量E=1.8×104MPA，有关的泊松比v=0.32，相应的密度是7700kg/m3。针对HYPERMESH当中依靠CDB或者INP的格式形式，达到导入到ANSYS软件内的目的，从而构建相应的有限元模型。

2.3有关边界条件与载荷的分析说明

基于得到纵臂强度相关计算需要的边界条件和载荷情况的目的，可以运用ADAMS软件构建相应的整车虚拟样机设施，并结合相关的情况予以动态仿真处理。根据动力学仿真相关的理论知识，获取后悬架纵臂的不同连接点相应的最大载荷数值，车身的相应连接点X、Y、Z方向分别为-433.7、-2497.5、2581.2。上横臂的相应连接点为1045.2、-6721.2、1682.2。通过对后悬架纵臂相应轮毂的连接点位置予以约束控制，使得车身、上横臂及下横臂的相关连接点位置处的最大载荷与有关安全系数1.4作相乘处理，同时输入相应的ANSYS模块，从而有效完成受力情况的分析处理。

3探究新能源客车结构设计及强度

在新能源使用的作用下，对客车的车身进行设计时，应当注意在设计的过程中，将车身全部的机构形成一体化，并且形成闭合的有效空间，在此作用下，不但可以减少加工的工作量，而且还能够有效的增强车身结构强度。车身结构的主要设计图，车身的骨架完全的形成了一个密切结合的整体，并且在设计的过程中，避免了应用力的集中，促使增强了车身的整度强度，使得车架在受力的作用下得到了改善。在进行实际结构制作的过程中，可利用HYPERMESH软件，对拓扑优化后车身骨架进行全面的分析，对其强度进行测量。在此过程汇总，车身各個部位的结构则需要使用焊解的形式，将缝隙进行连接。在最终的结果分析中，得出车身的骨架最大受应力为160.5MPa，在相关的标准规定中，其所示使用的材料Q235的强度极限达到了230MPa，因此，该设计达到了要求，并且车身的最大型变达到了5.05mm，满足相关的设计需求。

结语

随着科学技术和工业的快速发展以及关键技术的突破，除了引进几种典型材料外，还有其他一些如陶瓷，金属粉末等，通过设计改进，结构创新，车身制造也可以是多样的。有必要在车身重量轻的设计中开发更合理的轻型车身结构和部件。合适的材料可以在正确的位置上使用，以最低的成本以最少的材料获得最佳的结构性能，这是经济可靠的。

参考文献

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（作者身份证号码：320323199110260433）