一種鋁制客車骨架的輕量化分析及優化

1 鋁制客車骨架數值模擬分析

1.1 骨架材料選擇

現階段在國內客車制造廠商中，以宇通品牌為業界領軍者，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出全鋁制品的客車，但是生產技術條件不成熟，難以實現大批量的生產。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據。

結合上文鋼制骨架的數值模擬結果，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情況，鋁制品的骨架應力顯然具有一定的優勢。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。”[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，骨架會出現不同程度的位移情況，其最大數據值22.89mm，已經遠遠超過了客車骨架位移量安全數值的最大值，在模擬測試過程中，位移量最大值處位于尾部發動機處，這點符合實際情況。

2.3.1 骨架流固耦合數值模擬分析

而且，從測試結果來看，骨架出現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鋁的彈性規模有關，因為其彈性規模相較于鋼材較弱，整體剛度性不足。綜上分析，鋁制品骨架剛度性不足，要想實現有效替換，需要進行進一步優化提升。

1.3 鋁制骨架模態分析

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

針對以上在大數據時代下，企業人力資源管理工作所面臨的挑戰，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據時代下企業人力資源管理工作的改進策略，從更新企業人力資源管理觀念、健全并建立大數據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化與數值模擬分析

本文主要從客戶骨架基本構造出發，以對方管壁厚的尺寸調整為契機，以規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，在骨架規格的調整上，其中以頂圍的變化較小，車架的規格調整較大，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。經過優化之后，各組桿件質量也產生了相應的改變，其數據統計如表3所示，由表3計算分析可知，鋁制骨架經過優化后，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籌考慮了城鎮居民人均基本消費支出、每個就業者平均負擔的人數、居民消費價格指數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（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型或繼發性等其他類型糖尿病；②合并重大器官疾病者；③合并內分泌、血液系統、免疫系統、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）為連續結構系統中參數x的一階靈敏度（微分靈敏度），式（2）為離散系統中參數x的一階靈敏度（差分靈敏度）。

在車身這類連續結構優化設計中，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，為了能夠進一步優化提升鋁制骨架的剛度性能，可以通過對桿件的優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，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格標準的鋁制品，以50×50mm（長×寬）的鋁方管為例，常見壁厚規格有1mm、1.4mm、2mm、3mm、4mm、5mm等，這些都是應用頻率較高的厚度規格，在對鋁制骨架優化過程中，以上數據需要優先考慮。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。

根據上文分析所述，從鋁制骨架的結構剛度和模態性能模擬結果可知，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值，這使得鋁制骨架客車在使用過程中極易出現破損。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，從而實現對鋁制客車的有效優化提升。

結果圖中將厚度與質量和位移量聯系在了一起，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。

靈敏度是指在優化設計中目標響應對某個設計參數的敏感程度

。從數學角度，靈敏度可以看作性能對參數x

的變化梯度，即對于一個可導函數F（x），它的一階靈敏度可以表示為：

2.3 優化后鋁制客車骨架的數值模擬分析

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域出現變化，主要集中在客車后門立柱與中部車架銜接處，這與該區域負荷物有關，因為該區域是乘客和行李安置的主要區域，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格要求。

②骨架剛度分析。

經過優化后，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生了不同程度的改變，主要發生在安全隱患較小的區域，更重要的是，優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，實現了逾期優化提升的目的。

2.3.2 骨架模態分析

由表4可知，優化后的鋁制骨架前8階約束模態固有頻率范圍為4.49~14.72Hz，避開了共振頻率區間。優化后骨架的各階固有頻率較優化前有所增加，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，并從流固耦合數值、骨架對各項變量的靈敏度反應和尺寸優化上出現，對鋁制客車骨架進行優化提升分析，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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[6]張成瑤.單個或多個柔性體自主推進的流固耦合數值研究[D]．中國科學技術大學，2020．

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