摘 要

随着全球环境污染的日益严峻，传统燃油汽车已经稍显落后于时代，而电动汽车将承担起燃油汽车的重任，成为主要的代步工具。电动汽车的发展必然会伴随着新的车身设计理念的出现，而车身的设计又离不开大量的计算。然而计算机的普及及其技术的发展，使得有限元法在汽车领域的应用越来越多。为了推进产业发展，本文将以小型四座电动汽车为例，设计一款车身，并利用CATIA软件建立车门模型，然后将其导入Hypermesh软件中，建立有限元模型。之后，进行模型的简化，网格的划分，施加载荷和约束，分析后得出车门的应力分布状况，为后续研究奠定基础。本文的创新之处在于设计了一款适用于小型电动汽车的车身，并利用有限元方法对此车身的选定部件进行了应力分析，验证了设计的合理性。

关键词：电动汽车，车身设计，有限元

Abstract

With the increasing of global environment pollution , traditional fuel vehicle seems to be behind the times , and electric vehicle become more and more popular. The development of electric vehicle comes along with new ideas of vehicle body design. But vehicle body design requires a lot of calculation. However , with the development of computer and technology , FEM (finite element method) has showed its advantage in the field of automotive. In order to propel development of this industry，a type A0 electric car body was designed as an example in this paper .First , a geometry model of this car door was built by CATIA. Then the finite element model for intensity analysis was set up by Hypermesh. After that , some work were done including simplifying geometric model , meshing unit , loading force and so on. At last , after analysising, we got the stress distributions of this car door, which hopefully can be the foundation for the future work. The innovation of this paper lies in : it designed a body for a type A0 electric car , and made a stress analysis into a part of this body using FEM to validate the rationality of the design.

Key words: Electric vehicle , Body design , FEM

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2汽车车身结构分析 2

1.2.1车身结构概述 2

1.2.2车身结构有限元分析 3

1.3研究内容与意义 3

第2章 车身设计概述 5

2.1 车身在整车制造中的地位 5

2.2车身的功能 5

2.3车身设计原则 6

第3章 有限元法基础理论及软件介绍 6

3.1 有限元法基础理论 6

3.1.1 数值近似 6

3.1.2 离散化 7

3.1.3 有限单元法的分析步骤 7

3.2 Hypermeth软件介绍 8

第4章 车身的设计 9

4.1车身总体布置 9

4.2 对车身设计的说明 10

4.3车门建模 10

4.3.1 CATIA简介： 10

4.3.2建模过程 11

第5章 车门的有限元分析 13

5.1车门刚度对汽车性能的影响 13

5.2网格划分 13

5.3分析之前的处理 14

5.4分析结果及总结 14

第6章 总结与展望 16

6.1 工作总结 16

6.2 电动汽车车身设计和有限元法的未来 16

参考文献 18

致谢 19

第1章 绪论

1.1研究背景

进入新世纪以来，随着金融危机、环境危机、资源危机的加剧，全世界的目光都聚焦到了少数几个有助于度过危机的朝阳产业，电动汽车产业就是其中之一。传统的汽车强国如美国、德国、日本等都十分重视这个领域，并分别推出了一系列政策和措施来促进国内的电动汽车行业发展。2009年，德国首都柏林的市政府计划在城市的中心区域建设至少500个公共充电站以供电动汽车使用；2010年，英国政府的规划部门也宣布将在一系列试点区域建设至少11000个充电桩，这一补助计划被称为“插电区域”；美国针对电动汽车产业的指导文件《美国清洁与能源法案》（ACESA）于2009年6月计划增加先进机动车技术（包括电动汽车）的投资，达到200亿美元。美国的通用、特斯拉公司，日本的巨头丰田和日产公司，欧洲的宝马、大众公司等汽车公司作为汽车制造厂商，也都积极推进电动汽车相关的研究与开发，并推出了不少电动车型。^[1]

面对这种情况，我国各级政府及相关部门也不愿落于人后，推出了一系列举措以提高了电动汽车产业在国内的战略优先级，主要纲领文件包括《节能与电动汽车产业发展规划》、《电动汽车‘十三五”专项规划》等，意在引导国内尚显稚嫩的电动汽车产业。在这种强度的政策激励下，国内的汽车企业普遍增加了这一领域的研发投入，开始更加重视电动汽车关键技术如电池及其管理系统、驱动电机、电子控制系统等。但是，目前我国的电动汽车产业仍处于起步阶段，生产制造还未达到成熟的规模，相较于其他汽车工业强国如美国和日本，仍有不小的差距。对此，国家十三五发展规划提出：到2020年，动力电池、驱动电机等关键系统达到国际先进水平，自主新能源汽车年销量突破100万辆，市场份额达到70%以上; 打造明星车型，进入全球销量排名前十;在国内市场占有率达到80%，初步建成以市场为导向、企业为主体、产学研用紧密结合的新能源汽车产业体系；到2025年，形成自主可控完整的产业链，与国际先进水平同步。^[2]

当下，国产电动汽车大多是直接由传统汽车改装而来，仅仅用电机及其驱动装置取代了发动机，这样做的好处是重复利用设计，节省了大量的研发费用。但是与此同时，这样的做法也带来了许多问题，大多是由于整车结构并不适于电动汽车所造成的，比如改装导致总布置发生变化从而影响操纵稳定性和行驶平顺性；改装后为了保证前后桥载荷分配，分散了电池的布局，不利于快速更换电池组，且使电池管理更加困难。解决这些问题的方法就是根据电动汽车的结构特点，重新设计汽车的车身结构，从而优化电动汽车的各项性能，实现批量化生产，然后推向市场接受消费者的检验。