基于多目标多材料拓扑优化的拼焊板结构优化设计研究

发布时间：2022-10-21 12:57

　　随着国家政策对汽车节能和环保要求的逐渐提高,汽车轻量化技术已成为了当今工程领域的重要研究课题之一。同时,竞争日益激烈国内外汽车市场,对汽车零部件产品的综合性能要求越来越高,如何在保证汽车零部件在满足其各项性能要求的前提下,进一步高效快速的实现其材料的合理布局,提高材料的利用率从而实现结构的减重设计,是汽车零部件轻量化设计的关键所在。近年来,拼焊板（Tailor Welded Blank,TWB）技术被逐渐应用于汽车零部件的设计当中,通过激光焊接将不同材料或者不同板厚的母板焊接在一起能够有效减轻车身质量,提高零部件的局部强度、降低制造成本。但目前对TWB技术的研究大多集中在加工制造、冲压工艺、焊接性能等基础性研究方向,对于实际工程应用中的TWB优化设计问题涉及较少,且研究仍不够系统与深入。一些TWB的关键设计因素如拼焊材料的选择、焊缝位置的确定等仍然是依赖于设计者的个人经验,或是参考其它设计得到,致使无法最大限度的发挥出TWB结构的性能优势,TWB的总体设计水平仍然较低。为了提高TWB结构的优化设计水平,本文提出了一种多目标多材料拓扑优化的方法,将拓扑优化方法与TWB相结合,考虑制造工艺... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 汽车车身轻量化技术概述
        1.2.1 汽车轻量化的方法与途径
        1.2.2 轻量化设计原则
    1.3 拼焊板结构的应用及研究现状
        1.3.1 拼焊板的发展与应用
        1.3.2 拼焊板技术研究现状
    1.4 本文研究思路和主要内容
        1.4.1 本文的研究思路
        1.4.2 本文的内容安排
第2章 结构拓扑优化理论基础
    2.1 拓扑优化概述
    2.2 拓扑优化方法
        2.2.1 均匀化方法
        2.2.2 变密度法
        2.2.3 水平集法
        2.2.4 双向进化结构优化法
        2.2.5 其它拓扑优化方法
    2.3 拓扑优化数学模型
        2.3.1 刚度拓扑优化数学模型
        2.3.2 频率拓扑优化数学模型
        2.3.3 材料的插值模型
    2.4 灵敏度计算
    2.5 本章小结
第3章 多目标多材料双向进化结构优化方法
    3.1 多目标优化问题概述
    3.2 多目标优化问题的处理策略
    3.3 多目标下的双向进化结构优化方法
        3.3.1 结构的静态多刚度拓扑优化
        3.3.2 结构的动态多频率拓扑优化
        3.3.3 结构的静动态多目标拓扑优化
    3.4 多材料插值模型
    3.5 灵敏度分析
        3.5.1 静态刚度灵敏度分析
        3.5.2 动态频率灵敏度分析
        3.5.3 静动态多目标灵敏度分析
    3.6 棋盘格现象及其敏度过滤技术
    3.7 BESO法的基本步骤和算法流程图
    3.8 相关算例分析与验证
        3.8.1 算例一
        3.8.2 算例二
    3.9 本章小结
第4章 车门系统有限元仿真及试验研究
    4.1 车门有限元模型
    4.2 车门结构性能指标
        4.2.1 车门静刚度性能指标
        4.2.2 车门模态性能要求
    4.3 车门的数值仿真分析与试验验证
        4.3.1 车门下垂刚度仿真分析
        4.3.2 车门下垂刚度试验验证
        4.3.3 车门扭转刚度仿真分析
        4.3.4 车门扭转刚度试验验证
        4.3.5 车门的自由模态分析
    4.4 本章小结
第5章 多目标多材料拼焊板车门拓扑优化研究
    5.1 传统经验法拼焊板车门设计
        5.1.1 经验法拼焊车门的设计
        5.1.2 经验法拼焊车门的刚度分析
        5.1.3 经验法拼焊车门的模态分析
        5.1.4 经验法拼焊车门性能对比
    5.2 多目标拼焊板车门拓扑优化设计
        5.2.1 车门系统多目标优化问题的建立
        5.2.2 车门结构拓扑优化设计流程
        5.2.3 车门结构多目标拓扑优化结果
        5.2.4 拓扑优化拼焊车门性能对比
    5.3 多目标多材料拼焊板车门轻量化设计
    5.4 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]结构优化设计在客车车身轻量化的运用[J]. 黄忠桥.  河北农机. 2013(04)
[2]拼焊板车门焊缝布置与尺寸优化设计方法研究[J]. 陈刚强,李光耀,孙光永,郭瑞泉.  中国机械工程. 2013(01)
[3]多目标优化问题的研究概述[J]. 肖晓伟,肖迪,林锦国,肖玉峰.  计算机应用研究. 2011(03)
[4]基于折衷规划的车架结构多目标拓扑优化设计[J]. 刘林华,辛勇,汪伟.  机械科学与技术. 2011(03)
[5]高强度钢板的研究与应用[J]. 骆锐,周华祥,吴沁.  热加工工艺. 2010(14)
[6]多学科优化设计在拼焊板车门轻量化中的应用[J]. 胡朝辉,成艾国,王国春,钟志华.  中国机械工程. 2010(04)
[7]轿车后车门有限元分析[J]. 赵建宁.  制造业自动化. 2009(08)
[8]汽车高强度钢板冲压件热成形技术研究[J]. 谷诤巍,单忠德,徐虹,姜超.  模具工业. 2009(04)
[9]进化多目标优化算法研究[J]. 公茂果,焦李成,杨咚咚,马文萍.  软件学报. 2009(02)
[10]自冲铆接技术的工艺分类和连接特点[J]. 李春燕,薛岩松.  中国新技术新产品. 2008(15)

博士论文
[1]离散变量优化设计的连续化方法研究[D]. 谭涛.大连理工大学 2006

硕士论文
[1]基于ESO算法的多目标拓扑优化及其应用研究[D]. 阴书玉.中北大学 2015
[2]基于侧碰安全性的高强度钢车身拼焊板零件设计方法研究[D]. 陈刚强.湖南大学 2012
[3]基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法研究[D]. 李好.华中科技大学 2011
[4]镁合金拼焊板冲压成形控制及应用研究[D]. 谢智.沈阳理工大学 2010
[5]基于数值模拟的差厚拼焊板成形工艺研究[D]. 薛松.重庆大学 2006



本文编号：3695688