[发明专利]客车车身骨架高刚度与轻量化灵敏度分析方法

摘要

本发明涉及一种客车车身骨架高刚度与轻量化灵敏度分析方法，属于客车车身设计领域。包括客车骨架结构参数化组件建模、静动态刚度定义、静动态刚度对整车质量的灵敏度分析。本发明的方法区别于其他车身结构刚度灵敏度分析方法该方法的静动态刚度灵敏度是对整车质量的导数，提高刚度的同时，可减轻车身质量，实现轻量化目标；传统设计方法是将静动态刚度对断面尺寸参数求导数，其只能提高车身刚度而不能减轻车身质量。此外，本发明采用了伴随变量灵敏度分析方法，极大地减少了计算量，从而可以设计大型的客车骨架结构，将会对客车车身设计技术有重要指导作用。

主权项

一种客车车身骨架高刚度与轻量化灵敏度分析方法，其特征在于：首先，由箱型断面梁建立客车骨架组件参数化有限元模型，并对骨架配置上悬架结构，以便施加弯扭工况；客车骨架组件参数化有限元建模是灵敏度分析的基础，是将多个梁结构共用一组截面参数，并将这些梁结构置于一个组件中，使客车骨架组件参数化有限元建模更加贴近工程实际；其次，定义客车静态扭转刚度、静态弯曲刚度、动态频率刚度，这三个指标都是各组件箱梁断面几何尺寸参数的隐式非线性函数；然后，将以上三个指标分别对整车质量求导数得到静动态刚度灵敏度分析公式，在静态刚度灵敏度分析中，将有限元静态平衡方程对设计变量求导数；由于客车骨架参数化模型的特点是，设计变量数目庞大，刚度响应指标较少，所以，此时采用伴随变量灵敏度分析方法，以减少计算量；在动态频率灵敏度分析中，需将有限元模态特征值方程对设计变量求导数，得到频率刚度的灵敏度；最后，综合灵敏度分析结果，对灵敏度高的组件，增大其箱梁断面尺寸，从而大幅提高车身静动态刚度，小幅增加车身质量；对灵敏度低的组件，减小其箱梁断面尺寸，从而小幅降低车身静动态刚度，大幅减轻车身质量；最后得到高刚度、轻量化的车身结构。