基于碰撞安全性能的某插电式混合动力汽车车体结构优化

发布时间：2020-06-16 17:54

【摘要】：随着中国节能与新能源汽车发展规划的颁布实施,各汽车制造商正在积极推动新能源汽车的发展,逐步建立起相对成熟的整车开发体系。新能源汽车的碰撞安全性能除了要满足传统燃油车的碰撞要求外,还需要满足GB/T18384.1-2001《电动汽车安全要求》和GB/T 19751-2005《混合动力电动汽车安全要求》的要求。为了满足这些法规的某些要求,新能源汽车的车体结构、电池包结构应做相应的改进。本文主要以某插电式混合动力电动汽车(PHEV)为研究对象,主要工作如下:1)基于模块化建模的思想,采用实体焊点代替点焊的方法,建立50km/h正面碰撞整车模型,分析仿真结果的整车变形和碰撞后的B柱下端车体加速度,并与试验数据对比。分析正面碰撞的电池包应变结果,得到结论:满足法规要求。2)按照CNCAP(2018版)要求调试50km/h侧面碰撞仿真模型,用LS-DYNA完成计算。将侧面碰撞仿真结果与试验结果相比较,包括整车变形对比、碰撞侧车体加速度对比以及前门内板侵入量对比。同时分析了侧面碰撞过程中载荷的传递路径,可以看到侧面碰撞过程中,电池包承受了一部分的载荷,对于侧面碰撞车体的稳定性有一定的提升。对侧面碰撞过程中电池包的应变结果进行分析,发现存在破坏风险,需要对电池包结构进行优化。3)建立50km/h后面碰撞仿真模型,用LS-DYNA计算得到仿真结果。将仿真结果中的整车变形和车体加速度与试验结果对比,分析后碰过程中电池包的应变,得到结论:50km/h后面碰撞过程中,电池包不会有脱落和破坏风险。4)基于三大碰撞工况的分析,发现在50km/h侧面碰撞过程中,电池包存在破坏风险。运用实体各向同性惩罚函数法,以OptiStruct软件为平台,完成电池包结构的拓扑优化,得到加强筋的布置位置,基于轻量化的思想,结合试验设计方法、响应面模型、序列二次规划法完成新电池包结构的最优化设计,在满足性能要求的前提下,得到电池包厚度最优分配结构,并将优化好的电池包结构CAE模型装入整车进行碰撞仿真,验证优化方案的可行性。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U469.7
【图文】：

结构图,结构拓扑优化,拓扑优化

(a)原始结构（b）优化后的结构图 2.1 汽车内部某结构拓扑优化到现在为止，国内外对连续体拓扑优化的研究日益成熟。从拓扑优化果中，我们可以得到结构的应力应变分布图，相关的一系列性能参数值都得到或者计算得出，读取拓扑优化的结果可以发现拓扑优化的结构的形状断变化的。所以在完成优化设计的过程中，我们做的是静态的仿真分析，值迭代的过程中需要数值完成收敛，这样就可以得到最后的拓扑优化结构在国内比较流行的拓扑优化软件主要就是 OptiStruct 和 Tosca 以及 ANSYOptiStruct 软件是其实是 HyperWorks 一系列软件中的一个小模块软件HyperWorks 功能十分的强大，它分为好多个模块，包括前处理和后处理等个部分的功能都不一样，但是都有一定的关系，可以衔接。Tosca 软件是由的一家公司设计开发的，Tosca 十分方便，操作又简单，在完成前期的处理后只需要把前处理结果放进 Tosca 中进行优化即可，当然处理的优化结果也分可靠的。ANSYS 和 OptiStruct 软件都是由美国的公司设计的，软件功能齐全，与 HyperWorks 相同，ANSYS 软件功能也非常强大，学术研究和工

连接图,点焊,焊点

图 3.1 点焊连接图 3.2 烧焊连接图 3.3 铰链连接在忽视焊点失效的情形下，Solid 焊点单元对焊点的焊接位置和单元积分方式的鲁棒性比较高，beam 焊点单元的则相对比较低；当焊点数量增加时，模型约束也跟着增加，焊点位置和单元积分的鲁棒性也提高了。当模型中发生焊点失效时，使用实体焊点单元模拟焊点更加精确，因为实体焊点能更好的传递力

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