基于拓撲優(yōu)化的純電動公交客車車身結構設計及結構分析.pdf

1、基于拓撲優(yōu)化的純電動公交客車車身結構設計及結構分析重慶大學碩士學位論文(學術學位)學生姓名：文光輝指導教師：張華副教授專業(yè)：力學學科門類：工學重慶大學航空航天學院二O一五年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要純電動公交客車以電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)客車的燃油發(fā)動機，車身承載形式和結構相對傳統(tǒng)燃油客車已經發(fā)生改變，作為新型客車車身結構在概念設計階段引入拓撲優(yōu)化有著重要意義。近年來，隨著拓撲優(yōu)化的研究不斷深入和完善，其在例如汽車、航空航天以及建筑等工

2、程領域帶來了較大的經濟價值，同時也成為了結構優(yōu)化領域的前沿、熱點以及重難點課題，越來越多的學者專注于該領域的研究。本文首先對拓撲優(yōu)化進行了概述，進一步討論了目前國內外在拓撲優(yōu)化領域研究的現(xiàn)狀以及拓撲優(yōu)化在汽車結構設計中的意義，最后提出了利用拓撲優(yōu)化的方法對純電動公交客車車身進行結構優(yōu)化和結構設計的構想。進一步對客車車身結構優(yōu)化設計方法以及拓撲優(yōu)化基礎理論進行了簡要介紹，探討了均勻化方法、變厚度法以及獨立連續(xù)映射方法等各自的特點以及在工程

3、實際中的應用。對拓撲優(yōu)化的數(shù)學算法例如序列線性規(guī)劃法、序列二次規(guī)劃法、序列凸規(guī)劃法和序列增廣拉格朗日法等進行了研討，最后確定利用基于simp插值方式的變密度法對純電動公交客車車身進行拓撲優(yōu)化設計。最后基于多目標多工況拓撲優(yōu)化方法對純電動公交客車車身進行拓撲優(yōu)化設計。介紹了多目標拓撲優(yōu)化的基本理論，并且以客車正常行駛中的四種典型工況的柔度和車身自由模態(tài)前六階頻率為優(yōu)化目標，進而建立了多目標多工況拓撲優(yōu)化數(shù)學模型，根據純電動公交客車的概念設

4、計要求，建立了客車拓撲優(yōu)化的有限元模型，通過Optistruct優(yōu)化軟件對車身結構進行了迭代計算。通過對迭代曲線的分析確定拓撲優(yōu)化可靠，然后基于拓撲優(yōu)化的結果進行車身結構設計。針對最后的車身結構，利用有限單元法對純電動公交客車車身進行結構分析，分析的主要內容有車身在四種典型工況下的靜態(tài)強度剛度以及車身前六階自由頻率。有限元結構分析的結果表明，基于拓撲優(yōu)化的純電動公交客車車身結構滿足基本的強度剛度要求，并且低階模態(tài)頻率避開了客車在正常行駛