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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目: 基于ANSYS的大學(xué)生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
院 系 名 稱: 汽車與交通工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級: 車輛工程B07-8
學(xué) 生 姓 名: 王夢寒
導(dǎo) 師 姓 名: 王 強(qiáng)
開 題 時 間: 2011.3.14
指導(dǎo)委員會審查意見：
簽字： 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
學(xué)生姓名
王夢寒
系部
汽車與交通工程學(xué)院
專業(yè)、班級
車輛工程B07-8
指導(dǎo)教師姓名
王 強(qiáng)
職稱
講師
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是■否
題目名稱
基于ANSYS的大學(xué)生節(jié)能車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、研究現(xiàn)狀
我國是一個能源資源相對缺乏的國家，隨著當(dāng)前我國國民經(jīng)濟(jì)和汽車工業(yè)的快速發(fā)展, 以及由此帶來的能源消耗和環(huán)境問題的日益突出, 交通節(jié)能減排工作的重要性不斷增加,而汽車節(jié)能減排則又是其中的重要組成部分, 重要性不言而喻。國家“十一五”規(guī)劃和“十七大”都對汽車的節(jié)能減排提出了要求，并將發(fā)展新能源汽車、節(jié)能汽車等政府策略逐漸上升為國家戰(zhàn)略。
考慮到我國當(dāng)前汽車節(jié)能技術(shù)發(fā)展的實際情況, 除了推行節(jié)能惠民車型并已著手限制汽車的排量，并已積極推進(jìn)以混合動力、燃料電池、先進(jìn)柴油、醇類汽車等為代表的新能源汽車技術(shù)的研發(fā)力度，為了響應(yīng)國家的號召及適應(yīng)全球?qū)π履茉雌嚨男枨?，一汽集團(tuán)、上汽集團(tuán)、長安汽車以及清華大學(xué)、吉林大學(xué)、華南理工大學(xué)等企業(yè)和高校一直致力于汽車節(jié)能減排技術(shù)的研究。電控燃油噴射系統(tǒng)的普及，進(jìn)、排氣控制技術(shù)、柴油機(jī)電控技術(shù)的應(yīng)用以及電動汽車、混合動力汽車等的開發(fā)，比亞迪汽車、哈飛汽車、長安汽車等在陸續(xù)研發(fā)出的電動（出租）汽車、混合動力車；遼寧曙光汽車也已研發(fā)出電動公交車，為我國新能源汽車行業(yè)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。另一個推進(jìn)汽車節(jié)能減排工作的措施就是大力研究開發(fā)適合我國現(xiàn)階段汽車行業(yè)技術(shù)現(xiàn)狀,以及適合大量在用汽車的高性能汽車節(jié)能產(chǎn)品。并通過各種場合及汽車大賽來宣傳新能源車型和節(jié)能車的重要性，用以控制日益增長的碳排放量。
眾所周知，日本是一個自然資源極度缺乏的國家，因此在資源的利用以及新能源的研發(fā)方面都是極其重視并在一些節(jié)能技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，單是汽車產(chǎn)業(yè)，日本汽車就以其良好的經(jīng)濟(jì)性風(fēng)靡全球。本田公司早在20世紀(jì)80年代便開始創(chuàng)辦汽車節(jié)能大賽，已風(fēng)靡各國；豐田公司又研發(fā)了世界上為數(shù)不多的量產(chǎn)混合動力車——普銳斯。同樣在汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的歐美，汽車節(jié)能技術(shù)的研發(fā)始終被放在汽車發(fā)展問題的最前沿，如外界廣泛所說的大眾黃金組合“TSI+DSG”技術(shù)。每年在歐美車展上，由歐美各大汽車廠商研發(fā)的新型環(huán)保概念車都有亮相，有些車型也已經(jīng)投產(chǎn)，其中大多數(shù)以電動汽車為主，如由美國通用汽車公司旗下雪佛蘭品牌的科魯茲系列車型已研發(fā)出科魯茲電動車。歐美等發(fā)達(dá)國家已開始提倡使用電動汽車用以緩解日趨緊張的全球能源供應(yīng)，不僅是新能源汽車，歐美也在大力發(fā)展傳統(tǒng)汽車的節(jié)油技術(shù)，比如寶馬的Valvetronic技術(shù)，與之相同的是日本本田的VTEC和豐田VVT～i，但這些技術(shù)仍未實現(xiàn)全電子控制，而且通常僅對進(jìn)氣門的升程和開閉時刻進(jìn)行控制，所以發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣控制技術(shù)仍有較大的開發(fā)潛力。發(fā)動機(jī)缸內(nèi)直噴技術(shù)等技術(shù)的研發(fā)，也為傳統(tǒng)汽車的節(jié)油技術(shù)的發(fā)展提供了參考。
2、選題目的和意義
隨著汽車的發(fā)展形式和設(shè)計思想的轉(zhuǎn)變，節(jié)能汽車與新能源汽車的開發(fā)逐漸并已成為是全世界的課題。而目前在環(huán)保節(jié)能車方面，仍然處于探索階段。環(huán)保節(jié)能車大致可分為：新能源汽車，混合動力車及利用新技術(shù)改善汽車的運行條件從而實現(xiàn)對汽車使用者對燃油經(jīng)濟(jì)性的要求。而每年又有大大小小的汽車節(jié)能比賽，使得節(jié)能車漸漸地深入人心。各大汽車廠商每在大型汽車展銷會上均有節(jié)能概念車發(fā)布，也表明要建設(shè)節(jié)能社會低碳社會的決心。減小車重、降低風(fēng)阻、改善發(fā)動機(jī)系統(tǒng)等技術(shù)，以改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性。但由于生產(chǎn)和維修等條件的不足；生產(chǎn)條件和整車材料的技術(shù)要求不成熟，使得很多節(jié)能概念車沒有量產(chǎn)。由日本本田公司發(fā)起的“HONDY”杯大學(xué)生節(jié)能車大賽便是旨在通過比賽提高社會的節(jié)能和環(huán)保意識，以推動全球車輛節(jié)能技術(shù)的發(fā)展為目的的比賽。由大學(xué)生所設(shè)計的節(jié)能車，在于以最低的燃油消耗量行駛最長的里程，不僅標(biāo)志著當(dāng)代大學(xué)生對環(huán)境保護(hù)的意識在提升，更是對節(jié)能車開發(fā)形式的一種探索。隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，也隨之進(jìn)入了一個以“節(jié)能、環(huán)保、安全”為主題的全新汽車發(fā)展時期。這不僅順應(yīng)了對生活環(huán)境條件改善的要求，也符合建設(shè)低碳社會、低碳生活的原則。地球是我們賴以生存的家園，保護(hù)地球是我們的責(zé)任。在資源緊張、溫室效應(yīng)加劇、極端天氣頻發(fā)的條件下。開發(fā)節(jié)能車已被各國重視，很多國家、科研所和大學(xué)投入專項資金用于研發(fā)節(jié)能車。節(jié)能車的開發(fā)不僅利于當(dāng)代，而且是功在千秋的一件大事。
在20世紀(jì)末期，由于CAD/CAM/CAE技術(shù)的普及，不僅提高了設(shè)計工作效率而且影響了全球的機(jī)械行業(yè)。AutoCAD是由Autodesk公司開發(fā)的一款以機(jī)械、建筑制圖為主要功能的二維制圖及三維建模軟件，CAD現(xiàn)已成為機(jī)械行業(yè)二維制圖的代名詞，并成為機(jī)械行業(yè)制圖的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Pro/E是由美國PTC公司開發(fā)的一款計算機(jī)三維輔助設(shè)計軟件，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計與制造、模具、家電、工業(yè)造型等行業(yè)并為用戶提供了一整套從設(shè)計到制造的完整的解決方案，在業(yè)界享有很高的聲譽(yù)。CATIA是由法國Dassault公司開發(fā)并由IBM公司負(fù)責(zé)銷CAD/CAM/CAE/PDM集成化應(yīng)用系統(tǒng)，并在世界CAD/CAM/CAE軟件中處于領(lǐng)先地位。CATIA起源于航空工業(yè)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船等行業(yè)。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)流體、電場、磁場、聲場、熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域靜力學(xué)、動力學(xué)及邊界耦合問題分析與一體的大型通用有限元分析軟件。為了方便ANSYS與CAD軟件之間的聯(lián)系，ANSYS軟件在設(shè)計之初便預(yù)留了與其它軟件進(jìn)行連接的轉(zhuǎn)接接口便于ANSYS軟件與其它CAD軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換。
本課題所設(shè)計的大學(xué)生節(jié)能車是基于ANSYS的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，不僅可利用Pro/E和CATIA三維建模軟件對節(jié)能車進(jìn)行車架及車身造型設(shè)計，而且可以通過ANSYS的轉(zhuǎn)接接口導(dǎo)入外部三維圖像到ANSYS軟件中進(jìn)行有限元分析并利用有限元的分析結(jié)果對節(jié)能車進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。本設(shè)計可以使大學(xué)生了解節(jié)能車的構(gòu)造，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力，還可以提高民眾對低碳生活的認(rèn)識，為創(chuàng)建低碳社會，過低碳生活貢獻(xiàn)一份力量。
二、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題
1 、設(shè)計基本內(nèi)容
本設(shè)計為全國大學(xué)生節(jié)能車比賽用車，要求車身長小于3m，自重小于60kg，乘載1人，駕駛員重量小于40kg，1公升汽油能行駛里程大于300公里，行駛速度大于50km/h，能夠變速，要求零部件材質(zhì)輕，車身外形設(shè)計要求風(fēng)阻小，流線型好，即節(jié)油又美觀。應(yīng)在詳細(xì)分析節(jié)能車結(jié)構(gòu)形式及工作原理基礎(chǔ)上，完成總體方案的設(shè)計；利用AutoCAD完成大學(xué)生節(jié)能車二維結(jié)構(gòu)設(shè)計并進(jìn)行校核計算，分析大學(xué)生節(jié)能車制作工藝；利用三維建模軟件Pro/E和CAITA完成大學(xué)生節(jié)能車車架和車身的三維建模，并利用Pro/E進(jìn)行節(jié)能車的虛擬裝配；利用ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析：主要包括對車架的靜力分析和模態(tài)分析、關(guān)鍵零部件的靜力分析及模態(tài)分析并依據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。
2、 擬解決的主要問題
（1）節(jié)能車二維結(jié)構(gòu)設(shè)計并進(jìn)行校核計算；
（2）分析節(jié)能車的制作工藝；
（3）節(jié)能車三維建模；
（4）節(jié)能車整車裝配及設(shè)計；
（5）有限元靜力學(xué)分析；
（6）有限元模態(tài)分析；
（7）節(jié)能車結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。
三、技術(shù)路線（研究方法）
由于計算機(jī)輔助設(shè)計的普及，使得設(shè)計更趨于合理。因此便引用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計結(jié)構(gòu)及設(shè)計方案的優(yōu)化。AutoCAD軟件是二維制圖軟件，Pro/E和CATIA均是三維建模軟件，ANSYS是通用的有限元分析軟件。首先在AutoCAD軟件中將車身及車架尺寸繪制出并按照設(shè)計要求對車架進(jìn)行校核，依據(jù)二維尺寸分別在Pro/E和CATIA中對車架及車身進(jìn)行建模，使用CATIA對車身進(jìn)行曲率分析；在經(jīng)過ANSYS進(jìn)行對靜力學(xué)分析后，在Pro/E中進(jìn)行裝配及運動干涉檢查以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計不足。為了提高汽車運行的高效化，在設(shè)計車身造型時，應(yīng)考慮到設(shè)計的更趨流線型，降低汽車車身風(fēng)阻系數(shù)；同時也可用輕質(zhì)且強(qiáng)度足夠的材料制造車身，便可以減輕車重。對于車架的設(shè)計是基于車身造型基礎(chǔ)上同步進(jìn)行的，車架的設(shè)計要能夠承受整車重量，對車架的選材要求具有足夠的強(qiáng)度，并對車架進(jìn)行制作工藝的分析。
通過使用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件對車身進(jìn)行曲率、模態(tài)、流體性能的分析，可以詳細(xì)了解到車身設(shè)計是否符合要求，方便改進(jìn)車身設(shè)計的不足。通過ANSYS有限元分析軟件分析對車架進(jìn)行靜力學(xué)分析可以找出車架設(shè)計的缺陷，便于改進(jìn)車架。使車身及車架整體性能得倒提升，達(dá)到設(shè)計方案的優(yōu)化。從而分析出結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷，方便設(shè)計人員進(jìn)行改進(jìn)；同時對于一些不需要的部件則采取棄用的辦法從而達(dá)到設(shè)計方案的優(yōu)化。擬采用的技術(shù)流程如下所示：
四、進(jìn)度安排
（1）調(diào)研，資料收集，完成開題報告； 第1～2周（2月28日～3月11日）
（2）確定整車設(shè)計方案； 第3周（3月14日～3月18日）
（3）節(jié)能車二維結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核； 第4～5周（3月21日～4月1日）
（4）大學(xué)生節(jié)能車制作工藝分析； 第6周（4月4日～4月8日）
（5）Pro/E對車架建模；CATIA對車身建模； 第7周（4月11日~4月15日）
（6）Pro/E完成虛擬裝配； 第8周（4月18日～4月22日）
（7）ANSYS有限元分析； 第9～10周（4月25日～5月6日）
（8）對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計； 第11～12周（5月9日～5月20日）
（9）撰寫說明書； 第13～14周（5月23日～6月3日）
（10）設(shè)計說明書的審核、修改； 第15～16周（6月6日～6月17日）
（11）畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯。 第17周（6月20日～6月24日）
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見：
簽字： 年 月 日