基于回收再利用的多材料车身部件选材研究

发布时间：2017-10-17 16:39

  本文关键词：基于回收再利用的多材料车身部件选材研究

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【摘要】：车身是汽车的重要组成部分，车身质量约占整车自身重量的40%左右，汽车运行过程中约70%的燃料消耗在车身上，因此进行车身轻量化研究对汽车的节能环保有重要意义。车身轻量化的三种途径分别是选用轻质材料、优化结构和进行工艺革新，随着材料技术和设计制造技术的进步，车身材料不再是单一的低碳钢材料，高强钢、镁合金、铝合金及聚合物等轻量化材料越来越多的应用到车身上，目前采用轻质材料是车身轻量化研究的一个重要方向。 传统的材料选择主要从产品的功能性出发，，考虑材料的成本、性能和可制造性等，缺少对材料环保性的评价。针对回收再利用的设计指的是，在产品设计初期设计阶段，充分考虑其零部件材料的回收可能性、回收价值和回收处理结构工艺性等与回收再利用性有关的一系列问题，力求达到资源、能源的最大利用，实现最小的环境污染。设计师在进行可回收再利用设计时面临的最大挑战在于设计目标的多样化，包括整合成本、产品功能、技术要求和产品的回收再利用性能等。为解决这一问题，本文通过采用模糊推理系统高效评价车身部件回收再利用性，同时运用多目标遗传算法进行车身部件材料优化匹配方法的研究，从而为车身部件选择回收再利用性好的轻质材料。该方法可以帮助设计者在产品概念设计阶段综合考虑车身部件质量、功能性、回收再利用性，对部件的不同零件进行最优的材料选择匹配。 在采用模糊推理系统评价车身部件回收再利用性方面，通过整理归纳已有参考文献，采用评价回收再利用性参数——回收再利用值R作为本文评价车身部件回收再利用性的评价指标，同时对影响R值的主要因素进行了一定的分析，并利用模糊推理系统(FIS)进行量化计算。 通过对不同材料组合的车身部件回收再利用值的计算，初步筛选出回收再利用值大的材料组合。在此基础上构建考虑回收再利用性的车身部件多材料选择优化模型。在定义模型的优化目标时，考虑到计算回收再利用利润设计变量众多，本文提出了回收再利用经济性参数,该参数代表车身部件回收价格与原价的比值。将回收再利用经济参数、R值、车身部件重量作为优化目标，部件的几何尺寸和材料类型作为设计变量，构建了考虑回收再利用性的车身部件多材料选择优化模型。模型的求解用到了EXCEL中的solver-XL工具，采用多目标遗传算法进行多目标求解。利用该方法，可以为车身(或子装配体)的各个零件选择最合适的材料，符合“合适的材料用在合适的部位”的设计思想。 本文以某款车门为例，在获得车门内外板材料组合方案后，建立车门有限元模型，通过对比分析原型车门和改进型车门的基本性能以及质量，验证本文研究方法的可行性。因为评价车门好坏主要体现在车门的防撞性、密闭性和开合便利性三个方面，其中防撞性能最为重要，所以本文重点对材料替换前后的车门侧碰安全性进行了对比分析。通过对比分析，可知材料替换车门在性能上满足要求。因此采用本文方法对多材料车身部件进行材料选择可以获得更加优化匹配的材料方案，既降低了车门重量，又保证了车门性能，对早期设计阶段的车身轻量化设计和材料选择具有一定的指导意义。
【关键词】：车身轻量化 回收再利用设计 模糊推理系统 回收再利用值（R值）
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.82
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 论文研究背景10-11
• 1.2 面向汽车的回收再利用设计11-12
• 1.3 轻量化材料在车身选材中的应用12-16
• 1.3.1 用于车身的轻量化材料12-15
• 1.3.2 多材料车身选材研究现状15-16
• 1.4 本文的主要研究内容、意义和研究方法16-20
• 第2章 车身部件回收再利用影响因素及其量化20-30
• 2.1 车身部件回收再利用影响因素分析20-23
• 2.2 车身部件回收再利用影响因素的量化23-29
• 2.2.1 车门部件回收再利用值 R 的计算23-27
• 2.2.2 车门部件回收再利用利润的计算27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 考虑回收再利用的多材料车身部件选材优化模型30-38
• 3.1 引言30-31
• 3.2 基于遗传算法的多目标优化31-32
• 3.3 多材料车身部件选材优化模型的构建32-37
• 3.3.1 pareto 最优解32-33
• 3.3.2 构建多材料车身部件选材优化模型33-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 选材方法在车门选材上的应用38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 多材料车门选材优化模型的建立38-40
• 4.3 多材料车门选材优化模型求解40-43
• 4.3.1 识别求解模型问题40-41
• 4.3.2 模型求解41-43
• 4.4 本章小结43-46
• 第5章 选材方法在车门上的应用验证46-54
• 5.1 车门有限元模型的建立46-47
• 5.2 车门动静态刚度分析47-49
• 5.3 车门侧面碰撞仿真对比49-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第6章 总结与展望54-56
• 6.1 论文总结54-55
• 6.2 研究展望55-56
• 参考文献56-60
• 作者简介及科研成果60-61
• 作者简介60
• 科研成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：1049920