基于点阵芯材的单体壳车身铺层多目标优化

发布时间：2020-06-22 14:22

【摘要】：FSAE(Formula Society of Automotive Engineers)比赛,中文名为大学生方程式比赛,是一项面向对象为学生的方程式赛事。本课题研究目的在于FSAE赛车单体壳车身综合性能提升。传统的单体壳车身设计一直以一种“假设—分析—修改—比对—再设计”的流程进行,设计效率较低且缺乏灵活性。另外传统的车身材料碳纤维/铝蜂窝层合板可设计性不强,难以根据车身各区域工况差异进行设计。本文以HRT-17C赛车车身为研究对象,希望提出一种新型的应用于单体壳的芯材,通过前期优化以及后期针对工况设计,最终应用于单体壳车身。同时革新现有单体壳设计方法,提出一种基于FSAE赛车单体壳综合性能的正向的车身铺层设计方法,提高单体壳设计效率。本文点阵芯材单体壳车身优化课题,主要从以下三个方面进行:(1)论述了一种新型点阵结构芯材的加工、性能分析和优化方法。基于嵌锁组装原理,设计并加工得到铝合金材料金字塔点阵结构芯材。根据力学原理推导出了点阵芯材四种主要性能数学表达,建立了比较完整的点阵芯材宏观性能数学模型,为点阵芯材性能优化提供了便利。建立点阵芯材性能优化模型,分别通过单目标性能优化和多目标性能优化进行分析,最终确立了点阵结构设计参数的最优方案,此方案将应用于下文单体壳车身。(2)分析了单体壳车身的6种工况并建立有限元模型进行仿真。对单体壳车身6种工况(扭转、弯曲、8字环绕、制动刹车、弹射起步、自由模态)的载荷条件进行分析后,分别建立这六种工况的有限元仿真模型,分析了单体壳车身的应力集中、车身应变、单体壳弹性模态、车身扭转刚度、车身弯曲刚度目标响应。并对其中扭转刚度和最小固有频率深入研究,分析在实际赛车工况下两个响应合理的约束值。(3)论述了一种对于单体壳车身整体性能优化的铺层方案正向设计方法。在上文单体壳车身仿真分析的基础上,建立单体壳7种性能(扭转刚度、弯曲刚度、最小固有频率、单体壳质量、三种极限工况车身强度)的求解模型。拟合这7种性能响应的近似模型,并综合求解速度和精度选择,在车身综合性能优化中使用。对优化求解得到的车身铺层方案结果,考虑实际筛选Pareto非劣解,得到铺层最优方案,通过优化前后响应对比分析优化有效性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U463.82;U469.696
【图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文绪 论的背景和意义大学生方程式比赛，创立于 1987 年，通常主办方为对象主要为学生的方程式赛事[1]。FSAE 要求参赛事规则的前提下，自主开发一台小型的类似于标准性能由四项静态指标与五项动态性能指标来综合评则以此来鼓励原创设计和多样化设计，如图 1-1 所）的 HRT 赛车。

则以此来鼓励原创设计和多样化设计，如图 1-1 所）的 HRT 赛车。图 1-1 HRT 车队赛车承载式车身主要分为钢管桁架式和单体壳式。所谓）是一种承载式车身[2]，通常采用复合材料层合板制单体壳车身。不同于使用内部框架来承载的桁架式面来承受载荷，这使其具有特殊优势：大面积密封量化特性显著；惯性矩更大，扭转刚度更高；高强面积更小，驾舱空间更大，空间利用率更高；减少车。

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本文编号：2725798