基于正面碰撞的复合材料发动机罩铺层优化设计

发布时间：2021-04-23 13:01

　　目前,随着环境污染、能源危机等问题的日趋严重,汽车轻量化技术作为节能减排的重要手段,越来越受到汽车厂商和科研机构的重视。碳纤维增强复合材料因其具有的质轻、比强度高、耐腐蚀、抗疲劳等优异性能,是实现汽车轻量化的理想材料。本文将碳纤维复合材料应用于发动机罩,研究其在正面高速碰撞条件下的铺层优化设计。主要研究内容与结论如下:（1）简化原钢制发动机罩的CAD模型。根据发动机罩的性能要求,选择纤维与基体材料,设计初始铺层。在HyperMesh软件中建立复合材料发动机罩有限元模型并划分网格。选取四种工况,比较原钢制发动机罩和复合材料发动机罩的基本力学性能和质量大小,说明了碳纤维复合材料替代钢在发动机罩上应用的可行性。（2）参照GB11551-2014建立碰撞系统,在LS-DYNA中进行发动机罩的正面高速碰撞有限元仿真。对比原钢制发动机罩和复合材料发动机罩吸能量的大小,结果表明,初始铺层的复合材料发动机罩的吸能量大于原钢制发动机罩,发动机罩的正面耐撞性得到了提高。（3）以发动机罩内外板各铺层角度为设计变量,以吸能量为评价指标,通过拉丁超立方方法进行试验设计,得到80组样本数据,在此基础上建立Krig... 

【文章来源】：长安大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 碳纤维增强复合材料在汽车上的应用现状
        1.2.2 复合材料结构的优化设计现状
        1.2.3 汽车耐撞性分析现状
    1.3 本文主要研究内容
第二章 复合材料力学基础与基本理论
    2.1 纤维增强复合材料的基本构造形式
    2.2 各向异性复合材料弹性力学基础
    2.3 正交各向异性单层材料的强度理论
    2.4 层合板强度概述
    2.5 本章小结
第三章 碳纤维复合材料发动机罩的基本力学性能分析
    3.1 有限元法理论基础
        3.1.1 有限元法概述
        3.1.2 有限元分析流程
    3.2 碳纤维复合材料发动机罩的结构设计与分析工况
        3.2.1 碳纤维复合材料发动机罩的结构设计
        3.2.2 碳纤维复合材料发动机罩的分析工况
    3.3 碳纤维复合材料发动机罩有限元模型的建立
        3.3.1 几何清理和划分网格
        3.3.2 碳纤维复合材料发动机罩模型铺层的建立
    3.4 碳纤维复合材料发动机罩基本力学性能验证
    3.5 本章小结
第四章 碳纤维复合材料发动机罩正面高速碰撞仿真
    4.1 显式非线性有限元法理论基础
        4.1.1 显式非线性有限元法概述
        4.1.2 显示非线性有限元法
        4.1.3 时间步长控制
        4.1.4 沙漏控制
    4.2 发动机罩正面高速碰撞仿真
        4.2.1 仿真工况的选择
        4.2.2 碰撞系统有限元模型的建立
        4.2.3 接触的设置
    4.3 碰撞仿真结果分析
    4.4 本章小结
第五章 碳纤维复合材料发动机罩的铺层优化设计
    5.1 碰撞仿真的近似模型
        5.1.1 设计变量和评价指标的确定
        5.1.2 试验设计
        5.1.3 近似模型的建立
    5.2 发动机罩的铺层优化设计
        5.2.1 优化数学模型
        5.2.2 优化方法选择
    5.3 优化结果分析及验证
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于成年行人头部保护的汽车发动机罩优化[J]. 张良安,乔维高.  武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2017(01)
[2]汽车前部结构低速碰撞耐撞性与轻量化优化[J]. 李兆凯,余强,赵轩,陈俊杰,范起飞.  中国公路学报. 2016(10)
[3]基于COPRAS评价方法的薄壁梁拼焊板多工况耐撞性能研究[J]. 陈涛,王国强,段利斌,胡朝辉.  汽车工程. 2016(07)
[4]基于显式有限元软件的地铁列车耐撞性研究[J]. 雷成,王丽红,吴敏.  城市轨道交通研究. 2016(06)
[5]基于改进自适应遗传算法的复合材料铺层优化设计[J]. 陆振玉,张恩阳,刘波.  玻璃钢/复合材料. 2016(02)
[6]纯电动汽车的碰撞相容性与NVH多目标拓扑优化[J]. 雷正保,肖林辉,阳彪,宁寒.  武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2016(01)
[7]碳纤维复合材料汽车翼子板优化设计研究[J]. 程章,朱平,冯奇,何健,周庆伟.  汽车工程学报. 2015(05)
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[9]塑料复合材料在汽车轻量化中的创新应用[J]. 刘建才,曹渡,李剑,李时成,刘波,李晓青.  现代零部件. 2013(12)
[10]碳纤维复合材料在汽车行业的应用[J]. 俞瑷权,卢朕.  上海汽车. 2013(07)

博士论文
[1]纤维增强复合材料框架结构拓扑与纤维铺角一体化优化设计[D]. 段尊义.大连理工大学 2016
[2]轻质吸能材料和结构的耐撞性分析与设计优化[D]. 张宗华.大连理工大学 2010

硕士论文
[1]基于行人保护的复合材料发动机罩设计研究[D]. 陈建新.沈阳理工大学 2015
[2]汽车保险杠碰撞仿真研究[D]. 张金虎.武汉理工大学 2009
[3]复合材料商用车车架的CAD/CAE研究[D]. 张子春.武汉理工大学 2007
[4]重型专用汽车复合材料车架计算机辅助设计研究[D]. 余良富.武汉理工大学 2005
[5]复合材料层合板的优化设计方法研究[D]. 姚颖.西北工业大学 2001



本文编号：3155376