有限元及可靠性在车身结构分析中的应用
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1.1 引言........................................................................................................................................................ 1 1.2 车身有限元分析的现状与发展...................................................................................................... 1 1.3 车辆可靠性问题研究概况............................................................................................................... 2 1.4 本文工程背景介绍 ............................................................................................................................ 5 1.5 本文的研究内容................................................................................................................................. 5
首先，本文应用有限元方法进行客车车身计算，利用ANSYS软件，把工程上的客车 车身结构转换成能为有限元计算模型。考虑客车实际运营状态，选取匀速直线行驶、扭 转、紧急制动以及急速转弯等四种典型工况，对客车车身结构的强度和刚度等静力学特 性进行研究。
其次，传统客车车身结构分析中，往往忽略客车车身模型本身的不确定性而采用确 定性的力学模型，使得分析结果与实际产生偏差。因此，本文提出一种基于概率的客车 车身结构系统可靠性分析方法。将外载荷，材料属性、结构件尺寸作为随机变量，利用 改进一次二阶矩，分枝界限法，PNET法等多种可靠性计算方法。
再次，基于本文提出的客车车身结构系统可靠性分析方法，应用FORTRAN语言， 编写客车车身结构可靠性分析程序。选取四种典型工况进行客车车身结构可靠性分析评 价，并与由确定性有限元方法得到的静力学分析结果对比，研究发现客车车身结构可靠 性分析的失效元与确定性有限元分析结果的工作应力最大值处有较好的一致性，进一008 年 7 月
A Thesis in Vehicle Engineering
Application of Finite Element Method and Reliability in Bus Body Structure Analysis
By Zhao Lei Supervisor: Professor Zhang Tianxia
分类号 UDC
密级
学位论文
有限元及可靠性在车身结构分析中的应用
作 者 姓 名 ： 赵磊
指 导 教 师 ： 张天侠 教授
东北大学机械工程及其自动化学院
申请学位级别： 硕士
学 科 类 别 ： 工学
学科专业名称： 车辆工程
论文提交日期： 2008 年 6 月 论文答辩日期： 2008 年 7 月 学位授予日期： 2008 年 7 月 答辩委员会主席：
Abstract ................................................................................................................................................III 第 1 章 绪 论 .................................................................................................................................... 1
Thirdly, compile the reliability analysis program of bus body structure based on the structure of the bus body system reliability analysis and FORTRAN application. Select four typical conditions for body structure reliability analysis and evaluation, and contrast with result of deterministic static analysis. Study found that the failure element of bus body structure reliability and finite element deterministic static analysis of the maximum stress at a better consistency, further verify the correctness of this approach.
最后，以上计算和分析结果表明，本文所提出的可靠性分析方法和分析结果，可为 客车车身的设计提供借鉴和参考，为缩短开发周期，降低开发成本作了一些努力。客车 车身结构的随机性因素多种多样，欲将每一种情况均加以研究需花费大量的时间和精 力，尤其是同时考虑其中几个或全部因素时，问题的复杂程度会难以想象。尽管如此， 基于概率的结构可靠性分析有其深刻而广泛的工程背景，因此有广阔的发展前景和实践 意义。
Key words: Bus Body; Structural System Reliability; ASOFM; Branch and Bound; PNET
III
东北大学硕士学位论文
目录
目录
声明............................................................................................................................................................. I 摘要........................................................................................................................................................... II
Firstly, this thesis adopts finite element method to compute the bus body and uses the analysis software, ANSYS, to research the static strength and stiffness of the bus body structure on the four typical conditions of running with uniform velocity, torsion, braking suddenly and steering quickly.
关键词：客车车身；结构系统可靠性；改进一次二阶矩；分枝界限法；PNET 法
II
东北大学硕士学位论文
Abstract
Application of Finite Element Method and Reliability in Bus Body Structure Analysis
Abstract
Regarding XX-style bus of SHENYANG XX Bus Manufacture Co. Ltd as the research object, this thesis employs the basic theory and analysis method of structure reliability to research on the reliability of the bus, on the basis of random finite element static analysis.
学位论文作者签名：
日 期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。
作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：
Northeastern University July 2008
独创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。
半年 □ 一年□ 一年半□
两年□
学位论文作者签名： 签字日期：
导师签名： 签字日期：
I
东北大学硕士学位论文
有限元及可靠性在车身结构分析中的应用
摘要
摘要
本文以沈阳某客车制造有限公司生产的 XX 型客车车身为研究对象，在有限元静态 分析的基础上，利用随机结构系统可靠性的基本理论，对该客车车身系统结构可靠性进 行研究。
Finally, Results of calculation and analysis indicate that this Reliability analysis methods and results can offer a good reference to bus body design, which can contribute to shorten the development cycle and reduce development costs. Bus body structure has various randomness factors, if research each situation will spend amount of time and resource, especially take into account some or all of factors, and the problem will be extremely complexity. Still, based on the probability of structural reliability analysis has its profound and extensive engineering background, So there are broad prospects for the development and practical significance.
Secondly, traditional bus body structural analysis always ignore the uncertainty fact and adopt the determinacy Mechanics model , which may cause analysis result and reality producing deviation. So, this thesis takes the method of based on the probability of bus body structure system reliability analysis. It regards the load, material properties, structural dimension as random variable and used ASFOSM, Branch Bounding Method, PNET, etc.
首先，本文应用有限元方法进行客车车身计算，利用ANSYS软件，把工程上的客车 车身结构转换成能为有限元计算模型。考虑客车实际运营状态，选取匀速直线行驶、扭 转、紧急制动以及急速转弯等四种典型工况，对客车车身结构的强度和刚度等静力学特 性进行研究。
其次，传统客车车身结构分析中，往往忽略客车车身模型本身的不确定性而采用确 定性的力学模型，使得分析结果与实际产生偏差。因此，本文提出一种基于概率的客车 车身结构系统可靠性分析方法。将外载荷，材料属性、结构件尺寸作为随机变量，利用 改进一次二阶矩，分枝界限法，PNET法等多种可靠性计算方法。
再次，基于本文提出的客车车身结构系统可靠性分析方法，应用FORTRAN语言， 编写客车车身结构可靠性分析程序。选取四种典型工况进行客车车身结构可靠性分析评 价，并与由确定性有限元方法得到的静力学分析结果对比，研究发现客车车身结构可靠 性分析的失效元与确定性有限元分析结果的工作应力最大值处有较好的一致性，进一008 年 7 月
A Thesis in Vehicle Engineering
Application of Finite Element Method and Reliability in Bus Body Structure Analysis
By Zhao Lei Supervisor: Professor Zhang Tianxia
分类号 UDC
密级
学位论文
有限元及可靠性在车身结构分析中的应用
作 者 姓 名 ： 赵磊
指 导 教 师 ： 张天侠 教授
东北大学机械工程及其自动化学院
申请学位级别： 硕士
学 科 类 别 ： 工学
学科专业名称： 车辆工程
论文提交日期： 2008 年 6 月 论文答辩日期： 2008 年 7 月 学位授予日期： 2008 年 7 月 答辩委员会主席：
Abstract ................................................................................................................................................III 第 1 章 绪 论 .................................................................................................................................... 1
Thirdly, compile the reliability analysis program of bus body structure based on the structure of the bus body system reliability analysis and FORTRAN application. Select four typical conditions for body structure reliability analysis and evaluation, and contrast with result of deterministic static analysis. Study found that the failure element of bus body structure reliability and finite element deterministic static analysis of the maximum stress at a better consistency, further verify the correctness of this approach.
最后，以上计算和分析结果表明，本文所提出的可靠性分析方法和分析结果，可为 客车车身的设计提供借鉴和参考，为缩短开发周期，降低开发成本作了一些努力。客车 车身结构的随机性因素多种多样，欲将每一种情况均加以研究需花费大量的时间和精 力，尤其是同时考虑其中几个或全部因素时，问题的复杂程度会难以想象。尽管如此， 基于概率的结构可靠性分析有其深刻而广泛的工程背景，因此有广阔的发展前景和实践 意义。
Key words: Bus Body; Structural System Reliability; ASOFM; Branch and Bound; PNET
III
东北大学硕士学位论文
目录
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声明............................................................................................................................................................. I 摘要........................................................................................................................................................... II
Firstly, this thesis adopts finite element method to compute the bus body and uses the analysis software, ANSYS, to research the static strength and stiffness of the bus body structure on the four typical conditions of running with uniform velocity, torsion, braking suddenly and steering quickly.
关键词：客车车身；结构系统可靠性；改进一次二阶矩；分枝界限法；PNET 法
II
东北大学硕士学位论文
Abstract
Application of Finite Element Method and Reliability in Bus Body Structure Analysis
Abstract
Regarding XX-style bus of SHENYANG XX Bus Manufacture Co. Ltd as the research object, this thesis employs the basic theory and analysis method of structure reliability to research on the reliability of the bus, on the basis of random finite element static analysis.
学位论文作者签名：
日 期：
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论 文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。
作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：
Northeastern University July 2008
独创性声明
本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得 的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过 的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。
半年 □ 一年□ 一年半□
两年□
学位论文作者签名： 签字日期：
导师签名： 签字日期：
I
东北大学硕士学位论文
有限元及可靠性在车身结构分析中的应用
摘要
摘要
本文以沈阳某客车制造有限公司生产的 XX 型客车车身为研究对象，在有限元静态 分析的基础上，利用随机结构系统可靠性的基本理论，对该客车车身系统结构可靠性进 行研究。
Finally, Results of calculation and analysis indicate that this Reliability analysis methods and results can offer a good reference to bus body design, which can contribute to shorten the development cycle and reduce development costs. Bus body structure has various randomness factors, if research each situation will spend amount of time and resource, especially take into account some or all of factors, and the problem will be extremely complexity. Still, based on the probability of structural reliability analysis has its profound and extensive engineering background, So there are broad prospects for the development and practical significance.
Secondly, traditional bus body structural analysis always ignore the uncertainty fact and adopt the determinacy Mechanics model , which may cause analysis result and reality producing deviation. So, this thesis takes the method of based on the probability of bus body structure system reliability analysis. It regards the load, material properties, structural dimension as random variable and used ASFOSM, Branch Bounding Method, PNET, etc.