基于结构优化的客车骨架轻量化设计研究_龙江启.pdf

2013年4月机械科学与技术April2013
第32卷第4期MechanicalScienceandTechnologyforAerospaceEngineeringVol．32No．4

基于结构优化的客车骨架轻量化设计研究

龙江启1，李毅2，3，俞平1，周斯加1

(1温州大学温州;2公安部交通管理科学研究所，芜锡;3华南理工大学，广州)
龙江启325035214151510640

摘要:建立了某大型客车车身骨架FE模型，获取了自由模态参数以及静态弯曲和扭转工况下的
刚度和强度特性。基于分析结果，对车身骨架结构形式进行了改进。利用优化设计方法，建立了以
客车薄壁梁厚度为设计变量，车身总体积和表征车身刚度的状态量为响应的优化模型。通过对影
响车身轻量化和力学性能指标构件的灵敏度分析，筛选了设计变量，重新建立了以车身骨架总体积
最小为目标的优化模型，得到了轻量化效果明显的优化方案。最后对轻量化模型进行典型工况分
析，与初始模型进行了对比，验证了优化方案的可行性。
关键词:客车骨架;轻量化;优化;灵敏度分析
中图分类号:U463．83+1文献标识码:A文章编号:1003-8728(2013)04-0558-06

StudyontheLightweightDesignofCoachSkeletonBasedon
theStructuralOptimizationMethod
LongJiangqi1，LiYi2，3，YuPing1，ZhouSijia1
(1WenzhouUniversity，Wenzhou325035;2TrafficManagementResearchInstituteoftheMinistryofPublicSecurity，Wuxi214151;
3SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640)
Abstract:TheFEmodelofcoachskeletonwasdeveloped．Thenormalmodalparameter，indicatorsforstiffness
andstrengthpropertiesunderstaticbendingandtorsioncasesarecalculated．Basedontheanalysisresults，the
structureconfigurationoftheskeletonwasmodifiedaccordingly．Optimizationmodelforlightweightdesignwasfor-
mulated．Thethicknessesofskeletoncomponentsareselectedasdesignvariables，andthevolumeofcoachskeleton
togetherwiththeindicatorsforthestiffnessoftheskeletonaresetasresponses．Asensitivityanalysisisconducted
toselectthedesignvariableswhichaffectthestructuralperformancemost，followedbyanupdatedoptimization
modelwiththeseselecteddesignvariables．Finally，alightweightschemeisproposedtoreachasignificantweight-
saving．Thefeasibilityoftheoptimizationschemeisverifiedbythecomparisonwiththeoriginalmodel．
Keywords:coach-bodyframe;lightweight;optimization;sensitivityanalysis

车身轻量化对节能和环保具有重要意义。除了化的设计过程中，车身结构必须满足强度、刚度、振
采用新材料和新工艺外，车身轻量化主要利用优化动特性参数等要求。
理论对车身结构进行优化设计。在大客车车身轻量利用有限元方法进行汽车车身骨架结构轻量化
设计已有许多研究成果［1～7］。本文充分利用国内外
收稿日期:2012-03-14客车骨架轻量化技术研究成果，对国内某大型客车
基金项目:浙江省自然科学基金项目()，浙江省科技计划
Y1110046企业的某款半承载式客车骨架进行轻量化研究与实
项目(2010C31094)和温州市科技计划项目(G20100135，
践，采用了先进的优化算法，充分结合企业实际和工
G20100162)资助
作者简介:龙江启(1974－)，副教授，博士，研究