基于结构轻量化的城市客车车身生命周期评价

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2022.05.016

摘要/Abstract

摘要：

为某12 m全承载混合动力城市客车建立车身有限元模型，通过强度、刚度、模态分析、结构轻量化和生命周期评价，分析车身结构优化对整车节能减排效果的影响。结果表明，与原车身骨架相比，结构优化后车身骨架质量减轻了52.5 kg，弯曲与极限扭转两种工况下均满足强度、刚度要求，且具有良好的固有振动特性。就全生命周期而言，轻量化后矿产资源消耗减少了0.4E04 kg Sb-eq.，化石能源消耗减少0.7E04 MJ，综合环境影响值减少0.42E11，减低率分别为3.81%、4.46%和4.56%。

关键词: 客车, 有限元分析, 模态分析, 轻量化分析, 生命周期评价

Abstract:

The finite element model for a 12 m monocoque hybrid power city bus is created and the effects of body structure optimization on the energy-saving and emission reduction of the bus are analyzed through strength， stiffness and modal analyses as well as structural lightweighting and life cycle assessment. The results show that compared with original body skeleton， the mass of structurally optimized body skeleton reduces by 52.5 kg and both the strength and stiffness meet the requirements under bending and ultimate torsion conditions with a good natural vibration characteristic. As for the full life cycle， after lightweghting the mining resource consumption reduces by 0.4E04kg Sb-eq.， fossil energy resources consumption reduces by 0.7E04MJ and the overall environment influence factor reduces by 0.42E11， equivalent to a reduction rate of 3.81%， 4.46% and 4.56% respectively.

Key words: city bus, finite element analysis, modal analysis, lightweight analysis, life cycle assessment

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图/表 30

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参考文献 15

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参数	数值
客车（长×宽×高）／mm	11946×2474×3050
客车满载质量／kg	18 000
客车车轮数	6
客车轴距／mm	6 100
客车质心至前/后轮距／mm	3 870/2 270
前/后轮距／mm	2 400/2 380
前/后悬架／mm	1 980/3 190

部件名称	单元类型	部分图解
车身骨架	壳单元
车身连接件	壳单元
车桥/推力杆/连接轴销	梁单元
弹簧阻尼器	弹簧阻尼单元
风窗玻璃/内饰等	质量单元
发动机/变速器等	质量单元

部件	加载形式	质量/kg
发动机	集中质量点	844
前桥	集中质量点	461.9
后桥	集中质量点	857.1
空调机组	集中质量点	200
变速器	集中质量点	371
转向器	集中质量点	59
电池	均布载荷	1 922
散热器	集中质量点	74
驱动电机	集中质量点	50
空气滤清器	集中质量点	28
驾驶员	集中质量点	75
座椅和乘客	集中质量点	3 420
站立乘客	均布载荷	4 985
前风窗玻璃	均布载荷	123.5
后风窗玻璃	均布载荷	42.95
顶部附件	均布载荷	204.2
左右侧围窗	均布载荷	782.3
油箱	均布载荷	420

阶数	频率/Hz
1	9.01
2	9.94
3	13.53
4	14.62
5	15.53
6	18.88
7	18.96
8	20.54
9	22.72
10	23.94

材料	密度/（g·cm^-3）	抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa	延伸率/%	弹性模量/GPa	导热系数/ （W·（m·K）^-1）	减振系数
铝合金（6061-T6）	2.70	265	220	3	71	100	5
镁合金（AZ91D）	1.81	250	160	3	45	54	50
高强度钢（510L）	7.87	510	355	26	212	48	15
CFPR	1.60	3 400	1 600		80