白车身前端结构参数化建模与轻量化设计

发布时间：2017-10-27 20:08

  本文关键词：白车身前端结构参数化建模与轻量化设计

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【摘要】：近些年来,我国汽车工业飞速发展,汽车产销量连续多年超过2000万辆,截止2015年底,我国机动车保有量达2.79亿辆,其中汽车数量超过了1.72亿辆,汽车产业为推动经济发展做出了重大贡献。但是,汽车工业的快速发展所带来的负面影响也日趋严重,石油短缺,空气质量恶化,安全事故频发,严重影响人类社会的健康发展。“节能,安全,环保”成为当今汽车工业发展的三大主题,汽车轻量化已经成为应对上述问题的迫切需求。轿车车身重量约占整车重量的40%,且车身总成结构比较简单,很容易进行轻量化优化,因此,车身轻量化设计已经成为世界汽车发展的重要趋势。本文结合企业实际项目,对某国产车车身前端结构进行了轻量化设计,具体内容如下:对SFE CONCEPT参数化建模进行了介绍,并建立了目标车型白车身的前端结构参数化模型,并将白车身前端结构参数化模型和后端结构有限元模型进行了耦合,生成了用于静态弯扭刚度及模态分析的白车身模型;将车身、发动机、底盘等模型进行连接,生成了用于100%正面碰撞仿真分析的整车模型。对目标车型的初始车身有限元模型以及由SFE CONCEPT建立的参数化有限元模型进行仿真,分析了车身静态弯曲、扭转刚度,主要低阶模态频率、振型以及100%正面碰撞的B柱加速度等性能,验证了所建的参数化模型符合精度要求。结合优化技术,借助优化设计平台Hyperstudy,选定14个截面形状、板材厚度等设计变量,以前端结构质量最小、优化后模型左右两侧的B柱加速度峰值小于优化前的值为优化目标,以目标车型优化后白车身的静态弯扭刚度、一阶弯曲模态频率、一阶扭转模态频率性能优于参数化耦合模型为约束条件,进行了轻量化求解,对优化设计变量结果工程修正后得到了优化设计方案。将优化设计方案带入到车身结构中,最终优化后的车身前端结构重量为95.04 kg,与减重前的100.2 kg相比,减重5.17kg,降低了5.2%,静态弯扭刚度、一阶弯曲模态频率等性能指标降低不超过3%,仍能满足性能要求,而且一阶扭转模态频率,100%正面碰撞时的B柱加速度等性能得到了优化,说明取得了较好的轻量化设计效果。
【关键词】：车身前端结构 参数化建模 轻量化 多目标优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.82
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 车身轻量化研究现状12-17
• 1.2.1 车用材料轻量化12-14
• 1.2.2 汽车制造工艺轻量化14-16
• 1.2.3 车身结构轻量化16-17
• 1.3 课题研究内容17-19
• 第2章 白车身前端结构参数化建模19-39
• 2.1 参数化建模技术简介19-23
• 2.1.1 参数化模型控制参数20
• 2.1.2 参数化建模技术特点20-23
• 2.2 参数化建模方法与流程23-27
• 2.2.1 前期规划23-24
• 2.2.2 制定统一的命名规则24-25
• 2.2.3 PID属性的唯一性25-26
• 2.2.4 零部件连接——映射技术26-27
• 2.3 前端结构零部件建模及装配27-33
• 2.3.1 前端结构零部件建模步骤27-28
• 2.3.2 零部件参数化建模汇总28-32
• 2.3.3 前端结构零部件装配32-33
• 2.4 白车身前端结构与后端耦合33-35
• 2.5 焊点处理35-36
• 2.6 参数化耦合白车身模型的自动网格划分36-37
• 2.7 本章小结37-39
• 第3章 参数化白车身模型性能验证39-55
• 3.1 静态弯曲刚度性能验证39-41
• 3.1.1 静态弯曲刚度计算方法39-40
• 3.1.2 静态弯曲刚度对比40-41
• 3.2 静态扭转刚度性能验证41-44
• 3.2.1 静态扭转刚度计算方法41-43
• 3.2.2 静态扭转刚度对比43-44
• 3.3 模态性能验证44-48
• 3.3.1 模态分析理论44-46
• 3.3.2 目标车型车身模态分析46-48
• 3.4 100%正面碰撞性能验证48-53
• 3.4.1 显示非线性有限元控制方程介绍48-49
• 3.4.2 正面碰撞分析模型与参数设置49-50
• 3.4.3 正面碰撞结果分析50-53
• 3.5 结果对比汇总分析53-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 白车身前端结构轻量化优化设计55-73
• 4.1 轻量化优化技术简介55-57
• 4.1.1 试验设计方法55-56
• 4.1.2 近似模型56-57
• 4.1.3 优化算法57
• 4.2 前端结构轻量化优化57-66
• 4.2.1 轻量化优化数学模型57-61
• 4.2.2 优化设计流程61-65
• 4.2.3 优化结果65-66
• 4.3 前端结构轻量化优化效果验证66-72
• 4.3.1 白车身静态弯曲刚度性能66-67
• 4.3.2 白车身静态扭转刚度性能67-68
• 4.3.3 白车身主要低阶模态性能68-70
• 4.3.4 100%正面碰撞性能70-71
• 4.3.5 白车身前端结构质量变化71-72
• 4.4 本章小结72-73
• 第5章 总结与展望73-75
• 5.1 研究结论73-74
• 5.2 研究展望与不足74-75
• 参考文献75-79
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果79-80
• 致谢80

【参考文献】

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1 刘成杰;陈世超;王紫e，

本文编号：1104991