基于有限元的某纯电动SUV车身轻量化研究

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随着全球能源短缺问题的日渐凸显,以及国内外碳排放管控的愈发严格,节能减排成为整个汽车工业实现绿色可持续发展的核心路径。在外部压力和政策扶持的双重推动下,新能源汽车,尤其是纯电动汽车,也成为汽车工业转型升级的核心动力。而在目前传统内燃机和动力电池都处于发展瓶颈期的时期,轻量化设计成为燃油汽车和新能源汽车的研发过程中,实现节能减排最直接有效的技术路径。车身系统作为全车绝大部分零部件的载体,是整车最重要的总成之一,其重量占比也高达整车的30%-40%。所以在整车研发阶段,在保证车身系统满足各项结构性能指标的前提下,运用轻量化技术对车身结构进行优化设计,能够有效降低整车重量,实现节能减排的目标。本文以北汽新能源公司完全自主研发的一款纯电动SUV车型的车身结构作为研究对象,应用有限元分析法,使用Altair Hypermesh软件建立了完整详细的车身结构有限元模型。随后根据静力学和弹性力学原理,运用MSC.Nastran软件,分别对车身结构的弯曲刚度、扭转刚度和模态等关键静、动态力学性能进行了分析和评价。在此基础上,综合考虑优化设计理论和企业生产实际,从车身系统中选取出87个有减重潜力的钣金零件进行灵敏度分析。通过应用灵敏度分析方法及其数学原理,将这些零件的板厚设定为设计变量,并以车身一阶模态频率为约束条件,使用MSC.Nastran软件计算其对板厚变化的灵敏程度,从中筛选出25个负灵敏的零件进行优化减重。之后在保证车身模态的预期目标得以满足的前提下,以减重最大化作为优化目标,提出了对这些零件进行板厚减薄的具体优化方案,并通过验算将减重优化方案落地。最终使车身系统共减重10.4kg,有效实现了整车轻量化。
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