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客车车身的动态响应及可靠性分析

作　者: 陈阳
导　师: 张天侠
学　校: 东北大学
专　业: 车辆工程
关键词: 客车车身 ANSYS APDL 模态谐响应瞬态随机振动动力可靠性
分类号: U463.82
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 92次
引　用: 1次
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内容摘要

本文以某型客车车身骨架为研究对象,阐述了有限元方法的基本理论,深入探讨了车身有限元模型的建立过程。在ANSYS软件中利用APDL语言建立其三维数据模型,选择单元类型及定义材料属性,然后划分网格,载荷处理,定义边界条件,从而得到了车身的有限元模型。首先,基于有限元动力学分析理论,利用ANSYS软件对车身骨架进行了模态分析,提取了车身的前二十六阶模态振型和频率,为动态响应分析奠定基础。通过谐响应分析模拟了发动机简谐激励对车身结构振动的影响,为发动机运行参数的选择匹配和车身结构设计提出了改进意见。然后,对客车驶过正弦波形路面时的动态扭转过程和紧急制动过程进行了瞬态响应分析,得到了车身在此工况下危险点的位移和应力的时间历程响应数据。根据B级路面位移功率谱进行了随机振动分析,计算了该工况下随机振动的应力应变统计分布,以及车身各点的位移、速度、加速度响应功率谱密度曲线。根据计算结果,得到车身在路面随机激励下的共振频率,为结构设计提供重要的参考依据。最后,本文提出了一种新的结构动力可靠性计算方法。将车身结构的随机振动分析与蒙特卡罗概率分析相结合,考虑了材料属性及结构参数等随机因素对可靠性的影响,把最大动应力作为随机输出变量。进行300次的抽样循环分析,计算出了最大应力的概率分布,以及对最大应力影响最大的前10个随机变量,从而可通过这些变量的合理优化,有效改进车身结构。本文的研究是结合实车设计进行的,为车身结构的设计提出了指导和改进见。分析结果可用于新车型开发,能有效缩短设计周期,降低设计成本。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-16
  1.1 引言  12
  1.2 课题研究背景及意义  12-13
  1.3 国内外目前研究情况  13-14
  1.4 本课题主要研究内容  14-16
第2章有限元原理及工程软件  16-24
  2.1 有限元基本原理  16-19
    2.1.1 有限元方法常用术语  16-17
    2.1.2 有限元方法的分析步骤  17-19
  2.2 ANSYS有限元分析软件介绍  19-22
    2.2.1 ANSYS应用范围与技术特点  19-20
    2.2.2 利用ANSYS进行结构分析的典型过程  20
    2.2.3 APDL参数化设计语言  20-21
    2.2.4 PDS概率设计系统  21-22
  2.4 本章小结  22-24
第3章客车车身有限元模型的建立  24-32
  3.1 引言  24
  3.2 车身结构形式  24
  3.3 客车车身有限元模型的建立  24-30
    3.3.1 车身模型简化原则  24-26
    3.3.2 定义材料属性  26
    3.3.3 单元类型的选择  26-29
    3.3.4 载荷处理  29-30
    3.3.5 约束条件处理  30
  3.4 本章小结  30-32
第4章车身结构模态分析  32-44
  4.1 引言  32
  4.2 模态分析的理论基础  32-35
    4.2.1 模态分析的内容及意义  32-33
    4.2.2 模态分析基本理论  33-35
    4.2.3 模态提取方法  35
  4.3 车身结构的模态分析  35-43
    4.3.1 自由模态分析  36-42
    4.3.2 模态评价原则  42
    4.3.3 模态结果分析  42-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章车身结构谐响应分析  44-52
  5.1 引言  44
  5.2 谐响应分析方法  44-45
  5.3 客车车身的谐响应分析  45-50
    5.3.1 分析参数的选择及载荷施加  45
    5.3.2 谐响应计算结果  45-50
  5.4 本章小结  50-52
第6章车身瞬态动力学分析  52-60
  6.1 引言  52
  6.2 瞬态动力学分析方法  52
  6.3 动态扭转工况瞬态响应分析  52-56
    6.3.1 工况描述  52-53
    6.3.2 载荷步划分  53
    6.3.3 动态扭转计算结果及分析  53-56
  6.4 紧急制动瞬态响应分析  56-59
    6.4.1 工况描述  56
    6.4.2 紧急制动载荷步划分  56-57
    6.4.3 计算结果及分析  57-59
  6.5 本章小结  59-60
第7章车身结构随机振动分析  60-70
  7.1 引言  60
  7.2 ANSYS谱分析及应用  60-61
    7.2.1 ANSYS谱分析方法  60
    7.2.2 随机振动分析(PSD)分析步骤  60-61
    7.2.3 随机振动分析(PSD)需注意的内容  61
  7.3 车身结构随机振动分析  61-68
    7.3.1 路面不平度的载荷谱输入  61-63
    7.3.2 随机振动分析过程  63-67
    7.3.3 结果分析及改进意见  67-68
  7.4 本章小结  68-70
第8章车身结构动力可靠性分析  70-80
  8.1 引言  70
  8.2 动力可靠性理论基础  70-72
    8.2.1 可靠性及结构功能函数  70-71
    8.2.2 动力可靠性及计算方法  71
    8.2.3 蒙特卡罗(Monte Carlo)概率有限元法  71-72
  8.3 车身结构动力可靠性分析  72-78
    8.3.1 生成分析文件  72-73
    8.3.2 声明输入和输出随机变量  73-75
    8.3.3 选择概率设计方法  75
    8.3.4 结果分析  75-78
  8.4 本章小结  78-80
第9章总结与展望  80-82
  9.1 课题研究总结  80-81
  9.2 课题研究展望  81-82
参考文献  82-86
致谢  86-88
附录  88-95

客车车身的动态响应及可靠性分析

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