一種鋁制客車骨架的輕量化分析及優(yōu)化

1 鋁制客車骨架數(shù)值模擬分析

1.1 骨架材料選擇

現(xiàn)階段在國內客車制造廠商中，以宇通品牌為業(yè)界領軍者，而鋼材則是生產客車的主要原材料。雖然鋼材在成本以及性能方面具有不錯優(yōu)勢，但是鋼材質量較大，難以滿足客車車身的輕量化需求。為了能夠較好地提升客車制造的輕量化需求，宇通客車技術部門曾在科研上致力于開發(fā)出全鋁制品的客車，但是生產技術條件不成熟，難以實現(xiàn)大批量的生產。目前，為了能夠減輕客車質量，主要使用的是鋁合金，類別主要為5系和6系的，如表1所示的兩種鋁合金，是當前客車骨架常用材料，表1為其力學特性測試數(shù)據(jù)。

結合上文鋼制骨架的數(shù)值模擬結果，6061鋁的屈服極限為276MPa，且密度低質量小，是理想的輕量化材料。因此，本文選用6061鋁在鋼制客車骨架的結構基礎上進行材料替換，材料替換后，鋁制骨架的總質量相比鋼制骨架減輕了約65.8%。

選取了相應的研究材料之后，接下來的便是根據(jù)理論進行實驗分析，并從鋁制客車骨架的強度、剛度以及模態(tài)性能上對其展開分析，下文皆為相應的分析結果。

1.2 鋁制骨架流固耦合數(shù)值模擬分析

1.2.1 骨架強度分析

從流固耦合應力方面對客車的鋁制骨架進行分析，其分析結果如圖1所示，從分析結果圖可以看出，在客車滿載且運動的前提條件下，骨架應力主要作用在結構中的中間與尾部的銜接處，且最大數(shù)值為177.1MPa，與6061鋁應力184MPa相比，顯然較小，結合上文所述，由此可見，相較于鋼骨架的客車的應力表現(xiàn)情況，鋁制品的骨架應力顯然具有一定的優(yōu)勢。從6061鋁的密度來看，其整體密度值約占鋼材的三分之一，相同體積下，顯然鋁制骨架的質量要更輕便一些，受到質量減少的影響，應力的極限值也會相應降低。綜合考慮強度和安全性等各方面因素，客車骨架采取鋁制品整體上符合生產使用要求

。

1.2.2 骨架剛度分析

芙蓉，也稱木芙蓉，秋日開花，且耐寒不落，又名“拒霜花”。此篇從“草閣”“瓶隱”起筆，直到曲廊臨流，寒玉秋聲。祁彪佳“會心處”，不在紅英綠水，碧池黃鸝，而情系“秋江寂寞時，與遠峰寒潭，共作知己”[3]427的冷香芙蓉。王國維在《人間詞話》里說：“一切景語皆情語也?！盵8]104這“會心處”實為一幅畫面，一種境界，反映出祁彪佳審美的獨特取向。他追求一種清冷寒峭、幽韻靈動之美，這固然與其氣質秉性、審美品質以及生活閱歷分不開。

從位移方面對鋁制骨架進行測試，其測試云圖結果圖如圖2所示，從中可以看出，在滿載且客車運動的前提條件下，骨架會出現(xiàn)不同程度的位移情況，其最大數(shù)據(jù)值22.89mm，已經遠遠超過了客車骨架位移量安全數(shù)值的最大值，在模擬測試過程中，位移量最大值處位于尾部發(fā)動機處，這點符合實際情況。

2.3.1 骨架流固耦合數(shù)值模擬分析

而且，從測試結果來看，骨架出現(xiàn)的大幅度位移的位置較多，其中車門、行李艙以及空調機等客車重要配置部位也出現(xiàn)了不同程度的位移情況。由此可見，在位移量上，鋁制骨架明顯比鋼制骨架高，這主要與6061鋁的彈性規(guī)模有關，因為其彈性規(guī)模相較于鋼材較弱，整體剛度性不足。綜上分析，鋁制品骨架剛度性不足，要想實現(xiàn)有效替換，需要進行進一步優(yōu)化提升。

1.3 鋁制骨架模態(tài)分析

從表2數(shù)據(jù)，將鋁制客車骨架前8階約束模態(tài)固有頻率與路面發(fā)動機積累頻率相對比可知，二者數(shù)據(jù)范圍并無重疊現(xiàn)象，因此在鋁制客車運動過程中不必擔心共振情況的出現(xiàn)。但是，相較于鋼制骨架，鋁制骨架也有著顯著的短板，具體表現(xiàn)為固有頻率、結構剛度性以及模態(tài)性能的下降或弱化，這與6061鋁的密度和彈性規(guī)模較少有關，但即便如此，鋁制骨架仍能基本滿足客車運行的安全需求。

針對以上在大數(shù)據(jù)時代下，企業(yè)人力資源管理工作所面臨的挑戰(zhàn)，以及一些不足，做出改正和完善。就此，本段以下均是針對大數(shù)據(jù)時代下企業(yè)人力資源管理工作的改進策略，從更新企業(yè)人力資源管理觀念、健全并建立大數(shù)據(jù)時代下的人力資源管理體系，以及適當增加人才激勵政策三個方面，進行了具體地分析研討，希望能夠給相關人員的研究做出一份貢獻。

2 鋁制客車骨架的尺寸優(yōu)化與數(shù)值模擬分析

本文主要從客戶骨架基本構造出發(fā)，以對方管壁厚的尺寸調整為契機，以規(guī)格和位置作為重要分類標準，將桿件分為64組，Optistruct的主要的相應目標為總質量和最大位移量，變量為桿件壁厚，通過調節(jié)變量展開靈敏度模擬測試，

最終所得出的測試結果如圖3所示。

（1）乙方（師）在合作科目上為甲方（生）指點迷津，及時指出甲方錯誤，耐心解答甲方問題，達到提高甲方知識運用能力的目的。

2.1 靈敏度分析

由圖4可知，在骨架規(guī)格的調整上，其中以頂圍的變化較小，車架的規(guī)格調整較大，這主要與定圍車架所負荷的承載力有關，因此需要進行重點強化提升。經過優(yōu)化之后，各組桿件質量也產生了相應的改變，其數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表3所示，由表3計算分析可知，鋁制骨架經過優(yōu)化后，質量顯著減輕。

此次通過表決的個人所得稅法修正案中，并沒有對一審稿中的5000元起征點進行調整，在8月31日的新聞發(fā)布會上，財政部副部長程麗華表示，5000元的基本減除費用標準是統(tǒng)籌考慮了城鎮(zhèn)居民人均基本消費支出、每個就業(yè)者平均負擔的人數(shù)、居民消費價格指數(shù)等因素后綜合確定的。

納入標準：①符合診斷標準［6］；②體質量指數(shù)（BMI）≥25.0 kg/m2；③腰圍（WC）男≥90 cm，女≥85 cm；④糖化血紅蛋白（HbAc1）7%～12%；⑤已簽知情同意書。排除標準：①1型或繼發(fā)性等其他類型糖尿??；②合并重大器官疾病者；③合并內分泌、血液系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、感染性疾病者；④合并惡性腫瘤、慢性消耗性疾病者；⑤經3個月服用過減肥藥物者；⑥經6個月內計劃妊娠、處于妊娠期、哺乳期婦女。

式（1）為連續(xù)結構系統(tǒng)中參數(shù)x的一階靈敏度（微分靈敏度），式（2）為離散系統(tǒng)中參數(shù)x的一階靈敏度（差分靈敏度）。

在車身這類連續(xù)結構優(yōu)化設計中，靈敏度分析可以準確判別強度、剛度和低階固有頻率等設計參數(shù)x

（i=1，2，…，n）對車身重量u

的敏感度

，即：

在測試分析中，鋁制品的客車骨架位移量較大，給客車的使用和運行帶來了一定的安全隱患，為了能夠進一步優(yōu)化提升鋁制骨架的剛度性能，可以通過對桿件的優(yōu)化提升來對其進行改進，因為桿件對位移量靈敏度較高

。從經濟實用性和工藝品質等方面出發(fā)，在鋁制品的進行選擇時，不僅要充分考慮到結構性能的合理性，同時還要認真選擇厚度合乎規(guī)格標準的鋁制品，以50×50mm（長×寬）的鋁方管為例，常見壁厚規(guī)格有1mm、1.4mm、2mm、3mm、4mm、5mm等，這些都是應用頻率較高的厚度規(guī)格，在對鋁制骨架優(yōu)化過程中，以上數(shù)據(jù)需要優(yōu)先考慮。在對桿件位置進行改進調整之后，其位置變化如圖4所示，其中顏色代表著厚度的增加幅度，紅色增加兩倍，藍色則增加一倍，而黃色則為未成接受調整的原始桿件。

根據(jù)上文分析所述，從鋁制骨架的結構剛度和模態(tài)性能模擬結果可知，鋁制骨架的安全性能基本達標，但位移量卻遠遠超出了安全數(shù)值，這使得鋁制骨架客車在使用過程中極易出現(xiàn)破損。接下來將從靈敏度方面對鋁制客車骨架進行分析，力求測試出變量對響應目標的敏感反應程度，從而實現(xiàn)對鋁制客車的有效優(yōu)化提升。

結果圖中將厚度與質量和位移量聯(lián)系在了一起，進而測試出厚度變化對這兩項指標的林敏度情況，若靈敏度為正值，則表明目標參數(shù)隨著變量的變化而變化，且變量變動越大則改變越為明顯。在圖中，靈敏度較高領域主要集中在部分桿件位移和質量方面。為了進一步探索其中的靈敏度情況，主要采取了質量和桿件厚度這兩個重要的指標，并從相對靈敏度結果情況來看，其中相對比靈敏度越高，則質量受到桿件厚度影響越大，反之則位移量影響較大

。

2.2 鋁制客車骨架的尺寸優(yōu)化

Hp可以在人-人之間傳播[15]，除感染者外，可能被污染水源也是最主要的傳染源。口-口和糞-口是其主要傳播途徑，以口-口傳播為主[5]，本研究中不同家庭飲水來源符合這一特點。研究結果顯示不同家庭飲水來源的高中生Hp感染檢出率不同，其中以蓄水池和池塘水源的高中生Hp感染檢出率最高，經多因素非條件Logistic回歸分析顯示不同家庭飲水來源是壯族高中生Hp感染的危險因素。因此，在日常生活飲水應避免攝入被Hp污染的水源，特別是蓄水池水和池塘水。

靈敏度是指在優(yōu)化設計中目標響應對某個設計參數(shù)的敏感程度

。從數(shù)學角度，靈敏度可以看作性能對參數(shù)x

的變化梯度，即對于一個可導函數(shù)F（x），它的一階靈敏度可以表示為：

2.3 優(yōu)化后鋁制客車骨架的數(shù)值模擬分析

在中國共產黨成立后,我們選擇了馬克思主義理論體系和共產主義的奮斗目標,看到了希望。共產黨領導的社會主義道路進程遇到了很多艱難險阻。但中國共產黨人在不斷的探索和借鑒過程中,走出了一條有中國特色的社會主義道路。紅色文化在此過程中貫穿始終，并隨著發(fā)展過程不斷前進，因而它表明了走中國特色社會主義道路的必然性。

①骨架強度分析。

經過對鋁制客車骨架優(yōu)化，在其滿載且運動的前提下，骨架應力測試結果如圖5所示，由測試結果圖可知，骨架最大應力經優(yōu)化后顯著降低，為135.3MPa，遠遠低于6061鋁184MPa的應力值，此時應力極限值作用區(qū)域出現(xiàn)變化，主要集中在客車后門立柱與中部車架銜接處，這與該區(qū)域負荷物有關，因為該區(qū)域是乘客和行李安置的主要區(qū)域，重量負荷較大，整體測試結果與實際結果相一致。由此可見，經過優(yōu)化后，鋁制客車骨架應力得到顯著改善提升，符合客車骨架的強度規(guī)格要求。

②骨架剛度分析。

經過優(yōu)化后，也對鋁制客車骨架的位移量進行了重新測試分析，其結果圖如圖6所示。由分析結果可知，優(yōu)化后的位移量得到了顯著下降，最大位移量降低10.01mm。除此之外，原本的位移位置也發(fā)生了不同程度的改變，主要發(fā)生在安全隱患較小的區(qū)域，更重要的是，優(yōu)化后鋁制骨架的剛度性得到顯著明顯，能夠增強鋁制骨架的使用壽命和安全性能，實現(xiàn)了逾期優(yōu)化提升的目的。

2.3.2 骨架模態(tài)分析

由表4可知，優(yōu)化后的鋁制骨架前8階約束模態(tài)固有頻率范圍為4.49~14.72Hz，避開了共振頻率區(qū)間。優(yōu)化后骨架的各階固有頻率較優(yōu)化前有所增加，同時最大位移降低，這是因為相同結構下，一般整車的剛度越好，它的固有頻率越高。

3 總結

本文立足于當前常用的鋼材用品，選用6061鋁作為替換材料，并從流固耦合數(shù)值、骨架對各項變量的靈敏度反應和尺寸優(yōu)化上出現(xiàn)，對鋁制客車骨架進行優(yōu)化提升分析，經過進一步改善提升，原有的鋁制骨架剛度性能、強度以及位移量得到了顯著改善提升，符合初步推廣應用要求。

[1]王夢麟．基于有限元分析的某新能源客車車身骨架輕量化研究[D]．中北大學，2020．

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[3]王世楠．汽車副車架內高壓成形工藝參數(shù)優(yōu)化與試驗研究[D]．揚州大學，2020．

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[6]張成瑤.單個或多個柔性體自主推進的流固耦合數(shù)值研究[D]．中國科學技術大學，2020．

[7]蔡衛(wèi)江．某校車車身骨架應力應變分析與優(yōu)化設計[D]．揚州大學，2017．

[8]趙笠程．純電動汽車白車身多目標輕量化優(yōu)化設計研究[D]．湖南大學，2019．