基于等效静态载荷法的汽车后保险杠面罩尺寸优化
发布时间：2021-12-25 06:08
近年来,随着汽车产业的发展,汽车保有量逐渐增加,汽车发生低速碰撞的概率也随之增大,在一些小的刮蹭事故中,塑料保险杠面罩是最容易出现损伤的部位。为此,需要保险杠面罩在低速碰撞中具有良好的刚度特性和吸能特性,以保证在事故中表面变形小而容易依靠自身的回弹特性来复原或易于维修。另一方面,为了降低整车质量、减少燃油消耗,希望保险杠面罩质量尽量小。同时,减少保险杠面罩质量可以节省材料,对于生产企业降低产品成本、提高产品竞争力具有重要意义。在刮蹭等低速碰撞事故中,后保险杠所占的比例较高,而且相比于前保险杠,后保险杠的结构较简单,更易于实现尺寸优化。因此,本论文将以某乘用车后保险杠面罩为研究对象,以保证其抗撞性能作为约束条件,对其各部分厚度进行尺寸优化。由于在保险杠低速碰撞过程中涉及动态载荷、材料非线性、接触非线性等问题,难以在碰撞状态下直接进行优化。为解决此问题,本文运用等效静态载荷法,将动态非线性优化问题转换成静态线性优化问题。本文首先针对等效静态载荷法展开研究,归纳出该方法的分析计算流程。为了验证计算流程的准确性,以弯曲薄板为例,运用Hypermesh里的LS-DYNA模块建立薄板碰撞有限元模型...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等效静态载荷法基本思想
第2章基于等效静态载荷法的轻量化理论21间步越多，将等效静态载荷输入静态线性优化有限元模型进行优化的工况也越多。与此同时，计算出来的一组等效静态载荷需施加在有限元模型的所有节点的六个方向上，工作繁琐。为了减少计算时间，提高计算效率，可针对不同优化问题提取有效时间步计算等效静态载荷，没必要对每个时间步计算等效静态载荷，进行多工况优化[10,51,52]。本文主要研究在保证侵入量满足要求的前提下，对保险杠面罩进行优化设计，只需保证保险杠在碰撞过程中位移最大时刻即侵入量最大时满足约束条件即可，没必要考虑其他时刻保险杠变形情况。因此，只需计算动态碰撞过程中，位移最大所在时间步的等效静态载荷，如图2.5所示。图2.5等效静态载荷工况的选择由图2.5可知，只需计算动态非线性分析过程中位移响应最大时刻maxt对应
吉林大学硕士学位论文24扫掠而成。由于薄板二维网格是软件Hypermesh自动划分的，网格质量参差不齐，需要运用2D界面的qualityindex功能进行网格质量检查。检查所有二维网格的单元最大最小尺寸、扭曲度、翘曲度、雅可比系数等等是否满足要求，若不满足，则需重新划分问题网格或直接优化网格。除此之外，还需运用checkelems检查并删除重合网格。为防止发生穿透现象，需运用normals功能检查单元法向，保证同一表面单元法向一致。最终，薄板的碰撞分析网格模型如图3.1所示，薄板模型节点总数为894，网格数为846。图3.1薄板碰撞有限元网格模型3.1.2单元属性单元属性包括材料属性和截面属性，在LS-DYNA中分别对应关键字*MAT_与*SECTION_。根据实际结构的不同，为单元选择不同的材料属性与截面属性。为模拟保险杠面罩，薄板材料参考聚丙烯材料，材料模型选择双线性弹塑性材料模型，即材料属性卡片选择MATL3卡片，密度设置为1.09×10-6kg/mm3，弹性模量为1640MPa，泊松比为0.35，屈服应力为7MPa，切线模量为22MPa[21]。薄板材料的应力应变曲线如图3.2所示。刚性圆柱体材料属性卡片选择MATL20，即刚性材料模型，密度设置为7.83×10-5kg/mm3，弹性模量为2.07×105MPa，泊松比为0.25，并在材料卡片的CMO、CON1和CON2对话框中选择合适的选项，薄板刚性圆柱体
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碰撞性能的某全铝电动汽车结构优化设计[J]. 汪跃中,王新树,董华东. 上海汽车. 2019(06)
[2]基于等效静态载荷法的汽车前端结构抗撞性尺寸和形貌优化[J]. 陆善彬,蒋伟波,左文杰. 振动与冲击. 2018(07)
[3]面向行人腿部保护的保险杠吸能结构优化[J]. 张志飞,李勋,徐中明,贺岩松,杨海威. 汽车工程. 2016(01)
[4]针对结构动态非线性优化问题的ESLM梯度优化方法[J]. 陈涛,陈自凯,段利斌,王彬,成艾国. 机械工程学报. 2015(08)
[5]基于结构势能原理的动态载荷等效静态转化方法[J]. 张艳岗,苏铁熊,李伟环,毛虎平,郭支明,李建军. 北京理工大学学报. 2014(05)
[6]汽车主动安全性及关键技术分析[J]. 李海泓,李紫惠. 科技风. 2013(08)
[7]安全、节能、环保、舒适——未来汽车新主张[J]. 肖永清. 交通与运输. 2006(03)
[8]结构优化方法研究综述[J]. 许素强,夏人伟. 航空学报. 1995(04)
[9]国外汽车碰撞试验及乘员约束系统技术动态[J]. 崔淑兰. 国外汽车. 1990(03)
博士论文
[1]基于关键时间点的能量等效静态载荷法及结构动态响应优化研究[D]. 张艳岗.中北大学 2014
[2]轿车侧面碰撞安全性能计算机仿真及试验研究[D]. 葛树文.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于力学特性的乘用车前保险杠轻量化研究[D]. 韩潇.吉林大学 2018
[2]某型电动汽车正面碰撞分析与结构优化设计[D]. 陈灿.湖南大学 2018
[3]电动汽车电池仓结构轻量化优化设计[D]. 朱新春.吉林大学 2018
[4]某乘用车后保险杠低速碰撞性能仿真与试验研究[D]. 冯帅帅.吉林大学 2018
[5]基于等效静态加载法的碰撞优化研究及软件开发[D]. 蒋伟波.吉林大学 2017
[6]乘用车前保险杠低速碰撞性能的仿真与试验研究[D]. 刘百川.吉林大学 2017
[7]基于梯度的等效静载荷法及汽车碰撞关键零部件结构优化[D]. 陈自凯.湖南大学 2015
[8]基于HyperWorks的电力机车车体轻量化研究[D]. 王璐.西南交通大学 2015
[9]汽车保险杠碰撞仿真研究[D]. 张金虎.武汉理工大学 2009
[10]ESL法在汽车结构优化设计中的应用[D]. 赵礼辉.上海交通大学 2009
本文编号：3551927
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
等效静态载荷法基本思想
第2章基于等效静态载荷法的轻量化理论21间步越多，将等效静态载荷输入静态线性优化有限元模型进行优化的工况也越多。与此同时，计算出来的一组等效静态载荷需施加在有限元模型的所有节点的六个方向上，工作繁琐。为了减少计算时间，提高计算效率，可针对不同优化问题提取有效时间步计算等效静态载荷，没必要对每个时间步计算等效静态载荷，进行多工况优化[10,51,52]。本文主要研究在保证侵入量满足要求的前提下，对保险杠面罩进行优化设计，只需保证保险杠在碰撞过程中位移最大时刻即侵入量最大时满足约束条件即可，没必要考虑其他时刻保险杠变形情况。因此，只需计算动态碰撞过程中，位移最大所在时间步的等效静态载荷，如图2.5所示。图2.5等效静态载荷工况的选择由图2.5可知，只需计算动态非线性分析过程中位移响应最大时刻maxt对应
吉林大学硕士学位论文24扫掠而成。由于薄板二维网格是软件Hypermesh自动划分的，网格质量参差不齐，需要运用2D界面的qualityindex功能进行网格质量检查。检查所有二维网格的单元最大最小尺寸、扭曲度、翘曲度、雅可比系数等等是否满足要求，若不满足，则需重新划分问题网格或直接优化网格。除此之外，还需运用checkelems检查并删除重合网格。为防止发生穿透现象，需运用normals功能检查单元法向，保证同一表面单元法向一致。最终，薄板的碰撞分析网格模型如图3.1所示，薄板模型节点总数为894，网格数为846。图3.1薄板碰撞有限元网格模型3.1.2单元属性单元属性包括材料属性和截面属性，在LS-DYNA中分别对应关键字*MAT_与*SECTION_。根据实际结构的不同，为单元选择不同的材料属性与截面属性。为模拟保险杠面罩，薄板材料参考聚丙烯材料，材料模型选择双线性弹塑性材料模型，即材料属性卡片选择MATL3卡片，密度设置为1.09×10-6kg/mm3，弹性模量为1640MPa，泊松比为0.35，屈服应力为7MPa，切线模量为22MPa[21]。薄板材料的应力应变曲线如图3.2所示。刚性圆柱体材料属性卡片选择MATL20，即刚性材料模型，密度设置为7.83×10-5kg/mm3，弹性模量为2.07×105MPa，泊松比为0.25，并在材料卡片的CMO、CON1和CON2对话框中选择合适的选项，薄板刚性圆柱体
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于碰撞性能的某全铝电动汽车结构优化设计[J]. 汪跃中,王新树,董华东. 上海汽车. 2019(06)
[2]基于等效静态载荷法的汽车前端结构抗撞性尺寸和形貌优化[J]. 陆善彬,蒋伟波,左文杰. 振动与冲击. 2018(07)
[3]面向行人腿部保护的保险杠吸能结构优化[J]. 张志飞,李勋,徐中明,贺岩松,杨海威. 汽车工程. 2016(01)
[4]针对结构动态非线性优化问题的ESLM梯度优化方法[J]. 陈涛,陈自凯,段利斌,王彬,成艾国. 机械工程学报. 2015(08)
[5]基于结构势能原理的动态载荷等效静态转化方法[J]. 张艳岗,苏铁熊,李伟环,毛虎平,郭支明,李建军. 北京理工大学学报. 2014(05)
[6]汽车主动安全性及关键技术分析[J]. 李海泓,李紫惠. 科技风. 2013(08)
[7]安全、节能、环保、舒适——未来汽车新主张[J]. 肖永清. 交通与运输. 2006(03)
[8]结构优化方法研究综述[J]. 许素强,夏人伟. 航空学报. 1995(04)
[9]国外汽车碰撞试验及乘员约束系统技术动态[J]. 崔淑兰. 国外汽车. 1990(03)
博士论文
[1]基于关键时间点的能量等效静态载荷法及结构动态响应优化研究[D]. 张艳岗.中北大学 2014
[2]轿车侧面碰撞安全性能计算机仿真及试验研究[D]. 葛树文.吉林大学 2007
硕士论文
[1]基于力学特性的乘用车前保险杠轻量化研究[D]. 韩潇.吉林大学 2018
[2]某型电动汽车正面碰撞分析与结构优化设计[D]. 陈灿.湖南大学 2018
[3]电动汽车电池仓结构轻量化优化设计[D]. 朱新春.吉林大学 2018
[4]某乘用车后保险杠低速碰撞性能仿真与试验研究[D]. 冯帅帅.吉林大学 2018
[5]基于等效静态加载法的碰撞优化研究及软件开发[D]. 蒋伟波.吉林大学 2017
[6]乘用车前保险杠低速碰撞性能的仿真与试验研究[D]. 刘百川.吉林大学 2017
[7]基于梯度的等效静载荷法及汽车碰撞关键零部件结构优化[D]. 陈自凯.湖南大学 2015
[8]基于HyperWorks的电力机车车体轻量化研究[D]. 王璐.西南交通大学 2015
[9]汽车保险杠碰撞仿真研究[D]. 张金虎.武汉理工大学 2009
[10]ESL法在汽车结构优化设计中的应用[D]. 赵礼辉.上海交通大学 2009
本文编号：3551927
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