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新能源汽车轻量化结构设计 【课程介绍】 从节能、安全、环境和法规上，汽车轻量化技术是未来汽车行业的必然发展趋势，课程内容系统介绍了关于汽车轻量化技术设计原则、结构设计方法和计算方法。结合电池包的设计要求，展开能够应用于实际工作中的轻量化技术介绍。 为了避免计算的复杂，本课程设计使用Catia和Solidworks实现可靠性的计算，使工程师能够实现设计完成零件既可以进行有限元分析，加快设计效率，提高设计能力。 本课程也包含VDI2230高强度螺纹连接设计技术，并提供设计计算工具。 【课程大纲】 电池包的结构分析（本公司产品案例典型分析） 轻量化的目标确立 轻量化设计的成本模型 轻量化设计的方法和工具 轻量化的构造 轻量化的材料选择 轻量化结构设计原则 l 轻量化结构的设计原则 l 规则一：直接的力导入与力平衡 l 规则二：大的面积惯性矩与阻力矩 l 规则三：轻盈的结构 l 规则四：利用曲率的自然支撑作用 l 规则五：在主承载方向进行有针对性的加固设计 l 规则六：优先遵循集成化原则 l 规则七：面向可装配的机构轻量化设计 l 规则八：达到预期的寿命设计 材料力学 l 结构模型 n 杆支撑结构：杆、梁 n 平面支撑结构：盘、板、壳 n 空间支撑结构： l 几何特征值 l 弹性方程 l 盘单元弹性定律 l 板单元弹性定律 l 壳单元的弹性定律 l 力流 l 力流与内力变量 l 剪切力 l 实心截面与管截面 l 抗剪壁桁梁型材 l 剪场设计 l 加固箱式型材 静态不确定结构 l 框架结构 l 平面桁架结构 l 空间桁架结构 l 临界应力载荷 l 部分挠曲方法 l 杆压弯 l 结构化型芯 l 不稳定形状 杆与梁的稳定性 板材和管的凸起 加固性设计 l 壳状结构 l 压槽 l 加强筋 l 边界加固 l 翻孔 连接技术 l 铆接 l 焊接 l 粘接 l 特殊连接 l 螺栓连接 螺纹连接的设计计算基础：VDI2230 3 载荷和变形条件 3.1 可用的计算方法概述 3.2 单个螺栓连接计算，力和变形分析 3.2.1 同轴紧固单螺栓连接 3.2.2 偏心紧固单螺栓连接 3.2.3 单边开放的连接 3.2.4 横向力的影响 4 计算步骤 4.1 概述 4.2 说明 5 数值计算 5.1 连接的回弹 5.1.1 螺栓的回弹 5.1.1.1 轴向回弹 5.1.1.2 弯曲回弹 5.1.2 重叠被连接件的回弹 5.1.2.1 同轴紧固单螺栓连接的回弹 5.1.2.2 偏心紧固单螺栓连接的回弹 5.1.2.3 偏心作用的轴向工作载荷的回弹 5.2 载荷系数 5.2.1 轴向作用的工作载荷的作用线-距离 5.2.2 载荷系数 5.2.2.1 基本原理 5.2.2.2 确定载荷系数n 的步骤 5.3 载荷系数和附加螺栓载荷 5.3.1 载荷系数和附加螺栓载荷的上限 5.3.1.1同轴负载 5.3.1.2偏心负载 5.3.1.3 特殊情况下的外部弯曲力矩 5.3.2 偏心载荷情况下上限的关系式 5.3.3 开式连接的关系式 5.4 预加载荷 5.4.1 最小夹紧力 5.4.2 预紧力的变化 5.4.2.1 由于压陷和松弛产生的预紧力变化 5.4.2.2 温度对预紧力的影响 5.4.3 装配预紧力和拧紧力矩 5.4.3.1 力矩控制拧紧 5.4.3.2 转角控制拧紧 5.4.3.3 屈服控制拧紧 5.4.3.4 拧紧方法的比较 5.4.3.5 最小装配预紧力 5.5 应力和应变的计算 5.5.1 装配应力 5.5.2 工作应力 5.5.3 交变应力 5.5.4 螺栓头和螺母支承面的表面压力 5.5.5 啮合长度 5.5.6 剪切应力 5.5.6.1 概述 5.5.6.2 载荷分布 5.5.6.3 静载荷 5.5.6.4 动载荷 6 提高螺栓连接工作可靠性的设计 6.1 螺栓连接耐久性 6.2 螺栓连接的松脱 l 不同拧紧工艺和超弹性拧紧基础 n 扭紧工艺基础 n 螺纹连接的摩擦系数的重要性 n 角度和扭矩监测 n 螺栓静态扭矩失效分析 n 螺栓疲劳失效分析 l 结构优化 l 数学优化方法 l 结构参数的极值 l 简单最小化计算 振动应力载荷结构 l 应力载荷变化评估 l 失效分析 l 残余强度分析 结构可靠性分析 l 系统可靠性 l MTTF l 早期失效和磨损失效
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