车身正向概念轻量化设计关键问题研究

发布时间：2020-05-09 10:41

【摘要】：车身轻量化是实现传统能源汽车节能减排,提升新能源汽车续航里程的一条重要途径,得到了工业界和学术界愈来愈多的关注和研究。概念设计阶段是车身详细设计的前期阶段,需要在满足整车性能的条件下完成车身结构的设计与优化,为后期详细阶段提供可行的设计方案。概念设计阶段在车身完整开发流程中有着极为重要的地位,此阶段产生的设计缺陷,详细设计阶段很难弥补。传统概念设计以逆向设计为主,产品设计过多地受制于标杆车的限制,无法实现整车性能最优的车身结构设计。而且,企业难以形成自己的开发平台、流程体系和运行机制。正向概念设计以车身整体性能最优为导向,有利于实现更加彻底的车身轻量化,对我国自主品牌汽车实现技术创新、增强核心竞争力有着重要的推动作用。本文以实现车身正向概念轻量化设计为目的,并针对车身正向概念轻量化设计中的若干关键问题进行了较为深入且系统的研究。在介绍车身轻量化研究背景和重要意义的条件下,阐述了实现车身轻量化的主要途径,总结了国内外车身轻量化和概念设计研究现状,指出了车身正向概念轻量化设计重要的工程价值及理论意义。建立了车身概念结构模型,提出了车身概念结构分析方法,研究了全局寻优求解算法,并在此基础上提出了车身框架主断面迭代求精优化方法和流程。为了促进车身正向概念轻量化设计,开发了车身概念设计软件系统。论文的主要内容如下:(1)建立了概念设计阶段的车身简化模型,并提出了车身概念结构分析方法。在满足概念设计阶段精度的要求下,为快速有效地实现车身概念结构建模,将车身结构简化为半刚性空间框架结构。针对该结构,提出了可以实现精确静力学和动力学分析的传递刚度矩阵法。从刚性梁单元运动控制微分方程导出精确的静态、动态刚度矩阵,并缩减了半刚性梁单元的内部节点自由度,为后文车身结构优化提供了精确而快速的结构分析方法。(2)提出了改良和集成的全局寻优算法。鉴于传统遗传算法借助惩罚函数法求解约束优化问题时惩罚参数难于设置,提出了无需惩罚参数处理约束的方法。并利用MATLAB并行计算技术,对遗传算法进行了并行化处理。提出了能够有效求解包含连续变量、离散变量、单目标、多目标、无约束及约束优化问题的并行无惩罚参数的遗传算法,显著提高了遗传算法的探索能力、挖掘能力及对二者的平衡能力,增强了遗传算法的收敛性能、全局寻优性能及集成性能。(3)提出了车身框架主断面正向概念优化设计方法与流程。对车身框架主断面进行了尺寸优化与形状优化,利用本文提出的车身概念结构分析方法求解了车身概念结构精确的弯曲刚度、扭转刚度及一阶自由振动频率,并考虑了四项关键的工艺要求,对概念车身进行了轻量化设计。在尺寸优化与形状优化的基础上,提出了车身框架主断面迭代求精设计方法与流程,从线框模型出发,历经四个层级的优化,实现车身框架主断面从无到有,从粗糙到详细的设计。为了进一步实现车身轻量化,研究了多材料设计中的材料选择和替代问题,探究了考虑刚度要求的铝合金薄壁梁截面优化方法。(4)开发了车身概念设计软件系统,并验证了该系统的实用性。基于MATLAB环境,利用面向对象的软件开发方法,对本文提出的车身概念结构分析方法,改良和集成的遗传算法,及车身框架主断面迭代求精设计方法进行了软件实现,开发了一款“轻量化”且使用方便的软件工具。详细介绍了该软件的架构,各个子模块,类之间的关系,接口数据格式及输出文件。并借助该软件分别对普通轿车及客车进行了结构分析,证实了该系统能够有效促进车身正向概念设计。
【图文】：

图 1.9 车身典型激光拼焊构件不等厚度轧制板工艺技术是在轧制过程中，，利用计算机实时控制来自动和连续地调节轧辊间距，从而获取轧制方向板材厚度连续、均匀变化的板材[118]。与 TWB 钢板相比，TRB 钢板仅为同一钢种，宽度不能太宽，更适合制造梁类零部件。

全新奥迪A8的14种连接工艺
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.82

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本文编号：2656020