毕业设计论文(定稿).doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流毕业设计论文(定稿).精品文档. 毕业设计（论文）题目 新能源电动车底盘甲板轻量化设计完成日期 年月日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评

2、选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在_年解密后适用本授权书。2、不保密 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日 导师签名： 年 月 日 目 录前言2第1章 新能源电动车底盘甲板结构分析41.1 新能源电动车底盘甲板结构参数分析41.2 新能源电动车底盘甲板轻量化方法71.2.1 单层结构底盘甲板模型81.2 .2多层结构底盘甲板模型91.2.3 新能源电动车底盘甲板有限元模拟101.3 新能源电动车底盘甲板夹层结构17第2 章 新能源电动车底盘甲板夹层结构的弯曲特性202.1

3、 新能源电动车底盘甲板弯曲刚度分析202.2 新能源电动车底盘甲板弯曲强度232.3 新能源电动车底盘甲板夹层结构的重量计算24第3章 新能源电动车底盘甲板夹芯层的设计263.1 新能源电动车底盘甲板蜂窝夹芯弹性常数介绍263.2正六边形蜂窝夹芯结构力学分析283.3 正四边形蜂窝夹芯结构力学分析303.4正三角形蜂窝夹芯结构力学分析31第4章 新能源电动车底盘甲板夹层结构材料分析344.1 新能源电动车底盘甲板单种材料的选用344.2 新能源电动车底盘甲板复合材料选用及概述344.3 复合材料的突出特点354.4 复合材料的主要分析36第5章 新能源电动车底盘甲板夹层材料轻量化设计实例分析3

4、75.1 新能源电动车底盘甲板弯曲刚度的分析设计395.2 新能源电动车底盘甲板扭转刚度的分析设计39第6章 全文总结41致谢43参考文献44新能源电动车底盘甲板轻量化设计摘 要：汽车轻量化在现代交通运输中越来越受到关注，特别在新能源电动车的设计制造中更加重要，通过对汽车结构和形状的设计优化，应用先进的加工技术和轻量化材料来实现整车的轻量化。本文从底盘甲板的设计、底盘甲板夹芯结构的设计和底盘甲板的制造材料等方面对新能源电动车底盘甲板进行轻量化设计。本文运用阶梯式的研究模式，逐步深入本文课题所提出的设计目的。建立甲板多种结构三维模型并加以论述和验证来对比各种模型的优点和不足；对比金属材料和复合材

5、料的优缺点，选择合适的底盘甲板材料，最终形成完整的新能源电动车底盘甲板的轻量化设计模型。本文的研究为汽车轻量化提供重要的理论支撑，同时促进了夹层结构在工程中的应用推广。关键词： 底盘甲板；夹芯结构；轻量化；材料。Abstract： Lightweight vehicles in modern transportation in more and more attention, especially the more important in the new energy electric vehicle design and manufacture, through to the car st

6、ructure and shape design optimization, application of advanced processing technology and lightweight materials to achieve the vehicle lightweight. From the deck of the design aspects of the chassis, the chassis deck sandwich structure design and manufacture of chassis deck materials for new energy e

7、lectric vehicle chassis deck of lightweight design. In this paper, the research model stepped progressively raised the subject in depth in this article is designed. Build three-dimensional models and a variety of structural deck to be addressed and validated to compare the advantages and disadvantag

8、es of various models; comparative advantages and disadvantages of metal materials and composites, select the appropriate chassis deck material, forming a complete new energy electric car chassis deck lightweight design model. This study provides an important theoretical support for the automotive li

9、ghtweight, while promoting the sandwich structure in the project application promotion.Keywords: Chassis deck、Sandwich structure、Lightweight、Material前言当前，由于环保和节能的需要，汽车轻量化已成为世界汽车发展的潮流。汽车对全球CO2和有害气体的排放，燃料资源和矿产资源的消费等影响很大。为了构建今后可持续发展的汽车社会，各汽车厂家将解决上述问题作为最重要的课题来研究。日本制定了2015年度消耗标准，乘用车的2010年度油耗标准平均降低29.2%。美

10、国推出了每年4%的CAFE法规强 化方针。欧洲法规要求，2008/2009年的CO2排放目标140g/km，2012年乘用车单体目标平均130g/km。为了降低油耗，减少CO2排放，强烈要求提高发动机的效率，减少车辆行驶阻力，减轻汽车质量。所以，汽车的轻量化有助于汽车的“行驶、转弯、停车”三大基本性能的提高，并且对环保要求的降低油耗和减少CO2排放发挥重要作用。实施汽车轻量化的主要材料有碳纤维、铝合金、镁合金、钛合金、工程塑料、复合材料和高强度钢等，主要用来改造和替代车身材料。汽车轻量化大致可以分为三类 ：车身轻量化、发动机轻量化、底盘轻量化。本论文的主要研究问题集中于底盘甲板的轻量化，研究目

11、标是通过底盘甲板的设计和材料选用设计出更加轻便耐用的甲板结构和材料模型。本论文的相关工作如下：1. 通过文献查阅选择需要进行的新能源电动车底盘甲板结构模型，包括新能源电动车底盘甲板单层结构、多层结构、夹层结构。2. 通过文献分析总结选择需要进行使用系能源电动车底盘甲板的材料，包括钢铁材料、铝制材料、复合材料。3. 从结构轻量化角度，对初建的模型进行设计要求的分析，包括应力和强度分析。4. 通过常用方法进行应力及强度校核，分析模型的合理性和实用性，对模型进行概述。5. 通过上述的论文过程对整个过程进行分析总结。总结上述论文分析过程，需要的关键地方集中在对新建模型的力学分析上，这部分也是模型可靠性

12、的关键地方，对力学的分析需要集中于对模型的分部分析，因此此论文下述研究过程有需要借用已发表过的文献综述，将在最后予以说明。并且，通过即将作出的如下分析我们可以很清楚的得到关于新能源电动车底盘甲板轻量化设计的最后目标，而对于后来的轻量化设计希望能够应用上这些分析结构，我们所得出的是初步的计算和设计结果，当然在实际的应用中可能需要进一步计算所需的实际材料和结构大小，而基于目前的设计我们可以得出在普遍设计的基础上进行的最佳方案，这些方案可以在本文中和真实的结构设计中使用，将进一步是的新能源电动车拥有更好的一个车身设计，这也是本文所希望的设计结果。第1章 新能源电动车底盘甲板结构分析本章将根据所查阅的

13、底盘甲板结构的模型进行论述性分析，同时将所选的模型进行对比，通过与此论文的相关性及数据结构进行选择，所需要得出结论包括底盘甲板的选用模型结构，以及对此结构的相关分析计算。同时在接下来的过程中我们将根据所查阅到汽车底盘相关的数据进行分析。1.1 新能源电动车底盘甲板结构参数分析在本文接下来需要进行的论述中我们需要先了解并熟悉新能源汽车底盘甲板结构的相关参数，因此我们把查阅到的相关参数介绍如下。首先我们先来了解下与汽车底盘甲板相关的说明，在汽车底盘上主要相关的包括，悬架系统，支撑框架和底盘甲板，悬挂系统是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称，其作用是传递作用在车轮和车架之间的力和力扭

14、，并且缓冲由不平路面传给车架或车身的冲击力，并衰减由此引起的震动，以保证汽车能平顺地行驶。而悬挂系统主要用于支撑底盘框架，底盘框架上需要安装用于承载汽车整车重量的甲板，因此在新能源电动车的底盘设计上同样需要遵循这样的设计，即底盘甲板将起到关键性的作用，对于新能源电动车底盘甲板分析，我们可以对其进行适当的简化分析，简化后的模型可如下图。图1-1 新能源电动车模型根据上述图我们可以看出在新能源电动车的整车模型中我们同样可以得到比较实用的底盘简化图形，同时根据上述简化模型我们进一步根据相关具体数据来模拟底盘简化模型，而如下的简化模型我们可以在后续的进一步分析中使用到，也清晰地表明了底盘甲板的数据模型

15、。根据新能源电动车与传统汽车的同源模式，我们以宝马BMW7160CF(BMW316I)轿车为例进行底盘相关的模拟，来建立底盘承载的简化模型，其相关数据如下。表1 宝马BMW7160CF轿车数据车辆型号：BMW7160CF(BMW316I)车辆类别：轿车外型尺寸(长/宽/高)：4645,462418111454（mm）货厢(长/宽/高)：(mm)总质量(Kg)：1930车载质量系数0整备质量(kg)：1470额定质量(kg)：挂车质量(kg)：半挂鞍座(kg)：额定载客(人)：5前排乘客(人)：接近角/离去角：15/16，18/16 （）前悬/后悬：791/1044, 776/1038(mm)轴

16、距(mm)：2810轴荷：805/1125轴数：2最高车速 (km/h)：210油耗：6.30弹簧片数：-/-轮胎数：4轮胎规格：205/60 R16,225/50 R17,225/45 R18/255/40 R18前轮距：1543,1531,1537后轮距：1584,1572,1552转向形式：方向盘起动方式：根据上述分析和应用的相关数据，我们进一步简化得到如下的汽车模型，如下的模型可为我们提供相关利用的参考，在后续我们需要进一步对提出的多种结构模型进行相关的对比分析，而这一步的模型将起到关键性格作用，我们根据上表做出的模型图如下。图1-2 汽车车身数据结构图对于汽车底盘的进一步分析，我们知

17、道在大多数汽车的承载结构中汽车底盘并不是完全水平的，而是有一定的向前倾角，这个倾角的数据我们已在前表中给出，而为了便于后续的分析和建模，我们在这一步进行了简化，即我们的模型中可以设计为汽车底盘甲板在承载重量时是处于完全水平的，对于本文研究的新能源电动车的底盘甲板分析我们也同样使用这种简化分析方案。对于新能源电动车的底盘甲板和承载我们进一步简化如下，即简单设想为在一个底盘甲板下有两个横向支撑杆，在甲板上面施加一定的力，便可在理论范围内模拟出底盘甲板的承载受力情况，后续导入到有限元分析软件中进行分析，在多种方案中进行清晰的相关的对比。28104645 图1-3 汽车底盘简化图通过上述的简化我们可以

18、很清晰的看出新能源电动车底盘甲板的承载情况，同时进一步加上受力情况后可以得到如下的受力情况见图。28104645图1-4 汽车底盘简化受力图基于以上的分析我们进一步看到，本文的研究重点在上述简图中得以体现，即主要集中于底盘甲板的设计上，而对于新能源电动车底盘甲板的轻量化设计便需要用到我们对于底盘甲板的轻量化方法。对于新能源电动车底盘甲板的轻量化方法我们将在下一节中论述。1.2 新能源电动车底盘甲板轻量化方法对于新能源电动车底盘甲板所应用的轻量化方法将决定着本文后续的研究成效，因此提出更加合适有效地轻量化方法尤其重要，我们在这里首先总结下相关论文和文献的研究方案，在此基础上我们可以提出与本文相适

19、应的设计方案。首先对于汽车轻量化的方法相关研究主要集中于对汽车发动机轻量化、汽车车身轻量化、汽车内置系统轻量化等相关研究方面；对于新能源电动车底盘轻量化主要集中于对底盘悬架和甲板轻量化的研究方面，在甲板轻量化方面包括：1、容量削减，通过相关技术来削减底盘甲板的容量，及在一定要求下减少底盘甲板的体积容量来减轻底盘甲板的重量，这样来达到轻量化的目的。2、机能削减，即通过一定的技术来去除底盘甲板上可以精简掉的多余机能部分或者将多个机能部分合并以更加先进的技术和工艺制造，这样来达到对于底盘甲板的轻量化目的。3、余量削减，通过更加精湛的工艺在底盘甲板加工时削减掉多余的可去除加工余量，对于厚重的底盘甲板，

20、通过这种方法仍然可以在一定程度上达到轻量化目的。4、AL化，即在一定程度上通过设计要求在底盘上和底盘甲板中适量加入铝质材料，由于满足使用要求和承载力度，这种方法同样有一定成效。5、对于第五种常用的方法也是本文将重点讨论的一种方案，即在底盘甲板设计和材料制造上做出变换，在相关文献和论文中也有涉及此方法，但在详细的地方和成效对比上仍然可以进一步研究。下面我们将更加详细的来分析本文的研究所需要使用到的相关方案，并通过模拟对比来验证我们的方案，在后续的研究中提供更加可靠的保障。通过前文1.1节的新能源电动车底盘甲板结构分析我们看到，地盘上甲板承受着车体的重量，而我们根据前文的方法将底盘甲板简化为一个规

21、则的长方形甲板，这样便于研究，形象的来说，对于这样一个甲板，需要在一定要求下减轻其重量，我们为了更加清晰地了解方案的由来，可以运用阶梯式的分析方法，即在相关数据和文献中来明显的提出一项方案，通过对这项方案的改进再改进来达到我们最终希望的效果。由于根据前文1.1节的新能源电动车底盘甲板分析，我们简化出了长方形的模型甲板，因此我们可以先使用这样一项方案来应用到底盘甲板的设计中。接下来在如下的讨论中我们需要先对新能源电动车底盘甲板整体结构模型进行初步的设计分析，分析如下。1.2.1 单层结构底盘甲板模型单层结构模型可简化为长方形甲板结构，长方形即矩形结构优点明显，即矩形结构在电动汽车底板制造时更容易

22、加工，同时由于底板形状规整，各处应力及强度更加均匀；其次关于矩形的设计时，整体上更加容易选材，不需要经过特殊加工，甲板受力情况更加容易控制。图1-5 单层结构底盘甲板根据以上分析，此设计方案有可取之处，但是考虑到以下不足有以下需修改的缺点：此设计面板为整体实心设计，即电动汽车底盘甲板面板面积一定，面板厚度为a，则以上模型厚度即为a，当面板厚度a一定时，材料选用为钢材或者复合材料。1，如果选用钢材进行设计制造，则根据判断可知重量将超过一定要求m，此设计将不符合新能源的设计理念；2，如果选用复合材料进行设计制造，此底盘甲板的性能和要求将完全满足设计的性能要求和重量要求，复合材料(Composite

23、 materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料，复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。以上分析概述了复合材料的各项性能指标均符合要求。同时考虑到汽车底盘甲板的制造成本不宜过高，如果完全使用复合材料制造底盘甲板，将使整车的制造成本显著过高，将不符合制造工业的制造理念。因此综合上述分析过程。我们将不采用此方案的设计，下面将重点分析另外两种设计方案。

24、1.2 .2多层结构底盘甲板模型多层结构模型同样可简化为长方形甲板结构，长方形即矩形结构优点明显，同1.1分析相同，即矩形结构在电动汽车底板制造时更容易加工，同时由于底板形状规整，各处应力及强度更加均匀；其次关于矩形的设计时，整体上更加容易选材，不需要经过特殊加工，甲板受力情况更加容易控制。而多层结构各项性能更加突出，分析如下。 图1-6 多层结构底盘甲板通过简化图形可看出，多层结构可看做多种面板材料压制而成，从图形中可分出依上而下为a,b,c基本面板，a可为基本承载材料层，b可为性能较强的抗拉压面板层，c可为基本保护和承重面板层；此设计的优点同1.1设计方案相比具有明显的优点；首先可以看出由

25、于此设计包括多层结构，各层材料可根据具体需要和底盘甲板特性更换制造；其次此设计相比于1.1单层结构将更加具有较多特性，由于各相异材料具有不同特性，此多层面板将根据所用材料差异而具有更加多样的性能，在a,b,c三种面板材料相互互补中，底盘甲板将可以承受更加多的重量，同时底盘中由于使用质量更轻便的b层材料，在满足要求的同时，底盘甲板重量将更加轻量化，相比于1.1的设计，更加体现出新能源汽车的设计理念。通过上述分析，相比于1.1的设计理念，1.2则更好的体现了新能源汽车的设计要求，而如下将分析多层材料的制造工艺；由于多层设计的要求，a,b,c各面板的制造将相比于1.1的设计更加复杂，其中b面板可能使

26、用复合材料制造，在将各层材料面板制造出来后，还需要将a,b,c三层材料整合在一起成为一个整体，这其中的整合可使用到胶合工艺等，因此在工艺上需要更加改进。而此设计方案在整体要求和性能指标上普遍优于1.1的设计方案，因此，此两项设计方案中，根据最终的要求和各项特性我们可选用此项设计方案。1.2.3 新能源电动车底盘甲板有限元模拟在这一节中我们进一步使用有限元软件ANSYS来对上述关于阶梯式设计分析底盘甲板合理性的方案进行有限元分析，我们知道在上述的分析方法中我使用了称为阶梯式的设计分析思想，这种设计思想的好处是对于初级设计者来说，能够很快的通过原始思路来进一步做出更加深化和优秀的设计方案，而在上述

27、的基础上我们通过已有的数据来对新能源电动车底盘甲板轻量化进行相关模拟分析。通过上表我们已知数据有：长宽高=462418111454;（mm）（车型总的尺寸）底盘甲板数据我们取：长宽高=4624181120；(mm)汽车车重为：W=1930kg；其中底盘甲板面积：S=46241811=8374064；在模拟时我们对数据进行处理的到相应的压力有：F=231Pa；通过ProE建模我们得到的图形如下：1，单层结构2，多层结构由上述模型我们将其导入到ANSYS软件中分析受力，在得到的分析结果中我们将结果列于下：1，单层结构的底盘甲板有限元分析结果：定向变形：等效应力：等效弹性应变：总变形：2，多层结构的

28、底盘甲板有限元分析：等效应力：等效弹性应变：总变形：定向变形： 由上述的有限元分析结果我们可以看出，当我们将新能源电动车底盘甲板进行改进，即由单层结构设计为多层结构时，在多层结构中心层换用其他材料，这时由于各种材料的相互配合，使得这种多层结构相比第一种单层结构在各种应力的承载时更有优势，多层结构的应力变形显得更加均匀平整。通过上述的分析使得我们有理由相信要实现新能源电动车底盘甲板的轻量化，我们便需要在底盘甲板的夹芯中做出优化设计，进一步将中心层结构设计为蜂窝式结构将有更加显著的轻量化效果。关于蜂窝夹芯的设计方案我们将在后面继续讨论。1.3 新能源电动车底盘甲板夹层结构根据上述1.2节的分析我们

29、发现，在同样的体积结构底盘甲板中使用多层结构时，中间的夹层进行相应的变化选择，在一定程度上具有明显的轻量化效果，并且在有限元分析中也同样能够满足我们的设计要求。这样根据上述分析在多层结构上我们进一步提出如下设计方案，即在多层结构的模型中我们将中间层的结构设计为空洞型的结构，也即在有些文献中提出的蜂窝夹芯结构设计方案，简要分析可知，在同样的面板大小中我们是在之前提出的新能源电动车底盘甲板轻量化方法中应用了去除多余部分的方法，即在满足设计要求的情况下我们去除掉多层结构中的夹芯层的一部分，形成蜂窝的结构，而其承受力和强度仍然满足我们的设计要求，这样便在很大程度上精简掉了可以去除的底盘甲板部分，轻量化

30、效果显而易见。下文我们便基于此来进行相应的分析和改进设计，来达到课题提出的新能源电动车底盘甲板轻量化设计的目的。夹层结构复合材料是复合材料的一种特殊类型 ，由于这种轻型结构材料具有良好的比强度、比刚度、最大抗疲劳性能和表面平整光滑等特点 ，因此航空航天 、汽车、船舶 等领域得到较为广泛的应用。世界范围内对夹层结构的研究也日趋成熟，有关该结构的特性 、制造工艺等的研究也越来越广泛。随着研究的不断深入，夹层结构的优点也愈加明显。夹层结构除了具有高的比强度和比刚度以外，同时具有良好的抗振动 、保温、防腐蚀等特殊优点 ，因此其应用范围也逐渐扩大 。其中，底盘甲板设计中夹层结构模型应用为重点设计方向，综

31、合各项设计案例考虑选用蜂窝夹层结构的底盘甲板设计方案。考虑到蜂窝夹层结构是最符合要求并且从结构层次考虑是最合适的结构设计。下面将给出底盘甲板的外形结构模型，并对此模型加以分析，初步给出选用此模型的各项优点，并对模型的相关数据进行初步验算，得出合理的结构模型数据，同时对1.1和1.2的模型设计方案在理论分析上进行对比，得出更加完整的设计方案。图1.3.1 蜂窝夹层结构模型 上图中的承载夹层复合材料的结构形式为夹层结构，由比较薄的面板与比较厚的夹芯采用胶粘剂粘结而成 ，如图1.3.2所示。 一般夹板采用强度和刚度比较高的金属材料或者复合材料，夹芯采用密度比较小的材料。本文主要针对矩形夹层结构进行研

32、究 ，问时约定将承载夹层复合材料夹层结构简称为夹层结构。夹层结构具有质量轻、比刚度与比强度大、抗失稳能力强 、耐疲劳、吸音和隔热等优点 ， 因此在飞机、汽车、轮船、桥梁等工程结构上得到了广泛应用。由于夹层结构具有以上优秀的性能特点，在本文所探讨的新能源汽车底盘甲板的设计中是最佳设计方案，所需要解决的便是底盘甲板的夹心层的设计方案和材料选用。 图1.3.2 蜂窝夹层结构分解图同时，基于以上的蜂窝夹芯我们在此提出后文将要研究的几种蜂窝夹心层的设计方案，蜂窝夹芯层的设计是本文新能源电动车底盘甲板轻量化的关键研究点，对提出的方案我们将进一步在后文论述其合理性和实用性。蜂窝夹芯的设计包括已有的一些方案中

33、主要有如下设计方案。1、正三角形夹层结构，即在上下面板的中间层我们设计为正三角形网格形式的底盘甲板夹层结构。 2、正方形夹层结构，即在上下面板的中间层我们设计为正方形网格形式的底盘甲板夹层结构。3、正六边形夹层结构，即在上下面板的中间层我们设计为正六边形网格形式的底盘甲板夹层结构。 根据上述的设计方案，我们在下文进行相应的力学和强度分析，从而来得出后续需要使用的相应公式和方法。第2 章 新能源电动车底盘甲板夹层结构的弯曲特性在夹层结构中 ，面板是主要的承载者 ，主要承受侧向载荷和平面弯矩 ：而夹芯则主要承受剪切力 ，通过构造有效的夹芯结构起到减轻重量的作用。夹层结构设计必须满足最低强度和刚度要

34、求。一般情况夹层结构上下面板厚度相同 ， 夹芯厚度远远大于面板厚度。由于胶粘剂很薄很轻，可以忽略胶粘剂厚度的影响，因此为了研究的方便，本文只对面板层 、夹芯层以及整个夹层结构进行研究，而忽略胶粘剂层的影响。假设夹层结构的上 、下面板层厚度间为t（单位均为mm）, 夹芯厚度为 c ，长度为 l ，宽度为 b ，高度为 d ，可 以得到d = 2t + c,当tc，即在底盘甲板设计中由于底盘甲板厚度设计，上下面板厚度t将不能设计太厚，此时可以忽略厚度t来计算各项应力。夹层结构各尺寸关系如图 2-2 所示。Xyzoctbld 图2-1底盘甲板夹层结构2.1 新能源电动车底盘甲板弯曲刚度分析弯曲刚度

35、，也称为抗弯刚度或截面弯曲刚度 ，是指截面抵抗弯曲变形的能 力。在材料力学中，弯曲刚度通常用EI 表达，E为材料的弹性模量 （ MPa ), I 为截面惯性矩 ，弯曲刚度的单位为 N ,夹层结构弯曲刚度越大 ，则抵抗弯曲变形的能力越强。夹层结构上、下两层面板被夹芯层通过胶粘剂分开，这样的结构特点使得夹层结构平板截面惯性矩增大 ，同时引起夹层结构弯曲刚度显著增加。在很多工程应用中把弯曲刚度作为夹层结构设计的衡量指标 。一般夹层结构的上 、下面板层采用同样的材料和厚度，因此此设计中为便于研究同样将甲板夹层结构上下面板视为同样厚度。 压缩拉伸面板层面板层夹芯层图 2-2 夹层结构受力图由上文假设可继

36、续使用数据设夹层结构上下面板弹性模量和厚度分别E1、t1和E2、t2，夹心厚度仍然设为c，夹层结构截面受力情况如图。 图2-3 夹层结构受力关系图从上图可得出当夹层结构受到弯曲载荷的情况下，上面版受到挤压，设挤压应力1和压应变 1；下面板层受到拉伸，产生拉应力2和拉伸应变2；夹芯层主要受到剪应力，根据力平衡知上面板挤压应力F1和下面板拉伸应力F2相等，即有：F1=F2 （2-1）设上下面板夹层结构宽度b方向截面积A1和A2，对应压力为1和2，由上式得： (2-2)根据受力可得： ， (2-3)同时根据上式将（2-3）式带入得： (2-4)由图可知面板中心点到夹层结构中心轴距离为Z，可得： （2

37、-5）由上式化简出Z得： （2-6）根据上式将（2-5）代入上式，可得： (2-7)而又根据上面计算及图形得出夹层截面惯性矩I为： （2-8）同时根据复合材料力学，设每单位宽度（b=1）时夹层结构弯曲刚度D（Nm），则有如下可得关系： (2-9) 同时根据（2-9）和（2-10）可得弯曲刚度D的公式；而此设计计算中前面已经给出处理办法，即令夹层结构上下面板采用相同材料并且设上下厚度相同即 (2-10)同时有 ： (2-11)由于d=2t+c,综合代入上式并根据已得的结果得出夹层结构弯曲刚度D为： （2-12）上式即为通用夹层结构弯曲强度公式，而当夹层结构设计中的上下面板厚度均可不计时即td,有

38、tc,上式可进一步简化为： （2-13）此时有夹层结构宽度为b时弯曲强度为 单位为N。2.2 新能源电动车底盘甲板弯曲强度弯曲强度，是指材料在弯曲载荷作用下破坏或达到规定挠度时能承受的最 大应力，单位为 N/ ( Pa ）。在夹层结构的设计过程中 ，必须要考虑到当夹层结构受到弯曲载荷（或者弯矩）时面板层可以承受的弯曲强度。根据材料力学理论，可以得到面板层的弯曲强度 为： （2-14）上式中： 夹层结构最大弯矩，Nm;y夹层结构厚度二分之一，m;由于D=EI，代入上式可得： （2-15）同上述分析相近，当上下面板厚度可忽略时（tc）, yc/2，并将式（2-13）代入上式可得： （2-16）2.

39、3 新能源电动车底盘甲板夹层结构的重量计算完整的夹层结构包括上、下面板层，胶粘剂层和夹芯层 ，其重量也由这四 部分组成 。由于胶粘剂层很薄很轻 ，因此其重量可以被忽略 。由于夹层结构每一层的长度和宽度都是相间的，仅仅厚度不同，为了研究的简便 ，本文所提到的重量是取单位面积沿厚度方向的重量（kg / ）代替真正物理意义上的重量 来进行研究。 当忽略夹层结构胶粘剂重量时， 单位面积的夹层结构总重量 W 、上面板层重量W1 、下面板层重量W2和央芯重量W0即可分别表达为:W=W1+W2+W0 (2-17)W1=1t1 (2-18)W2=2t2 (2-19)W0=0t0 (2-20)上式中：1夹层结构

40、上面板层材料密度，kg/;2夹层结构下面板层材料密度，kg/；0夹层结构夹芯材料密度，kg/；而在此设计模型中为了研究简便我们视上下夹层结构面板材料和厚度等可视化参数相同，即有：t1=t2=; （2-21）1=2=; （2-22）W1=W2=; （2-23）根据上述分析有：=; （2-24）则夹层结构重量计算有：W=2+W0=2+0t0; （2-25）上式中有： 为夹层结构上下面板层等效材料密度，kg/； 本小结对以上底盘甲板的设计和力学分析总结比较系统的分析。主要对比了提出的三种设计方案，并对三种底盘甲板的设计优劣进行了对比，而以上的设计方案主要集中于地盘甲板的结构设计，如对后两种设计方案均

41、有包括可简化视为上下两层甲板面板和中间夹芯层，夹芯层包括多层复合材料和空心层设计方案，而在力学上后一种空心层设计方案在受力达到要求的情况下很明显更加有优势。因此上述分析和后续分析将继续集中于空心夹芯甲板的受分析上。第3章 新能源电动车底盘甲板夹芯层的设计根据以上的设计和分析，经过对比筛选我们考虑选用带有夹芯层的底盘甲板设计方案，而其的受力分析已经完成，因此接下来的研究主要会集中于夹芯层的设计和选用对比上；使用第一章中同样的研究方法，我们将提出多种夹芯层的设计方案，在这些方案中对比甄选出最佳的设计方案。根据设计要求和资料查询，我们主要提出了三种夹芯层的设计方案，由于方案设计的底盘甲板需要使用在汽

42、车中，因此这些方案中面板和夹心层将均使用钢铁材料和复合材料，对于材料的选用研究我们将在后面进行分析；而提出的三种夹芯层设计方案主要是由面板层与蜂窝状夹心层粘合而成，通称蜂窝夹层结构，主要的三种形状有正六边形夹芯、正方形夹芯、正三角形夹芯；夹芯结构如下图：3.1 新能源电动车底盘甲板蜂窝夹芯弹性常数介绍由于此设计中使用了三种蜂窝夹芯层结构设计方案，接下来将从中选择更加优化的设计方案，因此需要对三种设计方案的模型进行弹性力学分析，并得出在后续设计验证中可以使用的结果。联系各向异性介质中应力和应变关系的广义弹性张量有21个独立的常数。在两个正交方向测量时,性质相同的横向各向同性介质中减为5个独立常数

43、。各向同性介质(在任何方向测量时性质都相同)只有2个独立的弹性常数。单对称材料有13个独立常数，正交各向异性材料有9个独立常数。对于小形变而言,胡克定律成立。应变与应力成正比,遵守胡克定律的各向同性材料的弹性性质由弹性模量来说明。胡克定律是力学基本定律之一。适用于一切固体材料的弹性定律，它指出：在弹性限度内，物体的形变跟引起形变的外力成正比。胡克定律的表达式为F=-kx或F=-kx，其中k是常数，是物体的劲度（倔强）系数。在国际单位制中，F的单位是牛，x的单位是米，它是形变量（弹性形变），k的单位是牛/米。倔强系数在数值上等于弹簧伸长（或缩短）单位长度时的弹力。弹性定律是胡克最重要的发现之一，也是力学最重要基本定律之一。在现代，仍然是物理学的重要基本理论。胡克的弹性定律指出：弹簧在发生弹性形变时，弹簧的弹力Ff和弹簧的伸长量（或压缩量）x成正比，即F= -kx。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长（或压缩）的方向相反。 因此在下面的计算中便需要对上述提出的各项常数进行求解计算，而其中需要重点计算的包含胡克定律的相关数据。本文接下来需要谈论的主要集中于正向的结构计算模型。下面我们将基于力学的计算方式来探讨需要的设计数据。