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研究生:呂鎮源
研究生(外文):Zhen-Yuan Lu
論文名稱:小貨車之整車結構設計分析
論文名稱(外文):Structural Design Analysis of a Pick-up Truck.
指導教授:胡惠文
指導教授(外文):Huiwen Hu
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:車輛工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:154
中文關鍵詞:小貨車CADCAE實驗模態分析碰撞分析
外文關鍵詞:a pick-up truckCADCAEModal AnalysisImpact Analysis
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本論文主要目的是利用CAE技術探討四輪小貨車結構設計,包括結構模態與碰撞強度。在執行整車結構分析前必須先確定整車主結構之有限元素模型之等效性,然後再進行整車碰撞模擬才能獲得精確的分析結果。首先建立整車車架主結構之有限元素模型,經由有限元素分析軟體 ANSYS 進行模態分析,其有限元素模型之材料機械性質是利用拉伸試驗取得。主結構之有限元素模型的等效性可以經由量測重量、重心與質量慣性矩及實驗所得模態參數進行驗證比對,實驗所得模態參數主要驗證有限元素模型結構質量與剛性的分佈。整車主結構模型比對完成並確認有限元素模型之等效性後,即可建立整車碰撞分析模型。整車碰撞分析模型包含車體主結構與動力系統、懸吊系統及其他相關配件(包括:保險桿、座椅載物箱、水箱、油箱、引擎、前、後差速器、前、後懸吊系統、輪胎),動力系統、懸吊系統及其他相關配件之有限元素模型亦須確保其重量與材料剛性等效於實體。結構材料彈塑性模型是採用Piecewise Linear Plasticity Model,此模型考慮應變率對於材料變形行為的影響,適用於金屬等向性材料的塑性變形分析,其中之應變率參數 (C, p)是經由衝擊試驗比對驗證所獲得的數值。最後進行整車碰撞模擬分析,分析軟體採用ANSYS LS-DYNA,探討整車空車(空車+正副駕駛)重量,以時速30英哩之前碰撞與時速35英哩之後碰撞分析條件,碰撞後所產生之車體結構變形是否侵入乘客安全空間以及油箱,最後與美國聯邦道路安全法規之前後碰撞標準(FMVSS208、FMVSS301)做比較。
This research presents the structural design and analysis, including normal mode and impact strength, for a pick-up truck by using computer-aided engineering (CAE) technology. The finite element model of the full vehicle structure is established by using the software ANSYS. The CAE model includes body structure, bumper, seat, water tank, fuel tank, engine, transmission, container, suspensions, differential gears, tires, etc. Static tests are first conducted on the main body structure to obtain the weight and center of gravity in order to validate the finite element models. The mechanical properties of body structures are obtained from the tensile tests. Normal mode analysis was performed to obtain the natural frequencies and associated mode shapes of the body structures. Experimental modal analytical (EMA) are conducted on the body structures to validate the analysis results. An impact hammer with force transducer is used to excite the structures and accelerometer is used to obtain the modal parameters. The FEA results are validated in comparison with the EMA results. Model updating is then performed to modify the FE model based on the correlation of natural frequencies and the associated mode shapes. Finally, the equivalent FE mode is used to perform the frontal and rear impact analyses by using software LS_DYNA and based on the FMVSS (Federal Motor Vehicle Safety Standard). Piecewise Linear Plasticity Model is used to simulate the dynamic behavior of structural materials. The material constants of this model are obtained from the bending impact tests of the body structures. The significant results provide the designer the guidance of reinforcement design of the body structure.
目 錄
摘要 I
Abstract III
誌 謝 V
目 錄 VII
表目錄 X
圖目錄 XII
第1章 緒 論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 6
1.3 全文概述 10
第2章 UV小貨車之電腦輔助工程設計分析 13
2.1建立UV小貨車之電腦輔助設計(CAD)圖檔 13
2.2建立電腦輔助工程分析(CAE)模型 15
2.3 材料機械性質測試 25
第3章 主結構物性量測與實驗模態分析 35
3.1 重心與重量量測 35
3.2 模態實驗 39
3.3 實驗儀器選用 40
3.4 實驗條件 42
3.5 整車主結構x方向之實驗規劃 43
3.6 整車主結構y方向之實驗規劃 46
3.7 整車主結構z方向之實驗規劃 47
第4章 有限元素模型驗證 49
4.1 整車主結構之有限元素模型驗證 49
4.2 整車主結構之模型驗證 50
4.2.1 整車主結構原始模型之模型驗證 50
4.2.2 主結構之第一次模型更新與驗證 56
4.2.3 主結構之第二次模型更新與驗證 62
4.3 主結構之模型模態實驗更新與驗證(Z方向) 68
4.3.1 主結構之模態保證指標驗證(Z方向) 77
4.4 主結構之模型驗證(Y方向) 79
4.4.1 主結構之模態保證指標驗證(Y方向) 87
4.5 主結構之模型驗證(X方向) 88
4.5.1 主結構之模態保證指標驗證(X方向) 99
4.6 整車之有限元素模態分析 101
第5章 整車碰撞模擬與分析 103
5.1 建立碰撞分析有限元素模型 103
5.2 結構材料彈塑性模型 105
5.2.1 應變率參數驗證比對 109
5.3 負載與邊界條件 113
5.3.1 模型接觸型式定義 113
5.3.2 邊界負載條件設定 113
5.4整車碰撞分析結果與討論 115
5.4.1 整車前碰撞變形趨勢 115
5.4.2 整車前碰撞能量吸收情況 119
5.4.3 整車後碰撞變形趨勢 122
5.4.4 整車後碰撞能量吸收情況 126
第6章 結論與建議 129
6.1 結論 129
6.2 建議 132
參考文獻 133
附錄A、聯邦汽車標準(FMVSS) 137
附錄B、歐規(ECE) 143
附錄C、法規假人規格 147
附錄D、整車模態振型 149
附錄E、整車之自然頻率表 151
作者簡介 153


參考文獻
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