基于性能关重度及富余量的车身轻量化设计与优化

发布时间：2017-09-09 03:31

  本文关键词：基于性能关重度及富余量的车身轻量化设计与优化

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【摘要】：安全、节能、环保是现代汽车技术的三大主题。纵观汽车工业发展史,尤其是进入21世纪后工业时代,面临着日趋严重的交通事故、能源短缺和碳排放问题。为了解决这些问题,世界各国政府对于汽车技术发展提出了更高的要求,如车辆安全、排放要求以及油耗要求等。汽车轻量化设计是车辆节能降耗主要途径之一,也是国内外各个汽车制造商将它作为未来汽车技术发展的主要方向。然而,各个整车厂在研发新车型时,往往将汽车安全性能标定作为整车项目的立项之本。其一是受国家法规及标准的约束,如GB20071-2006,C-NCAP,E-NCAP等;其二是汽车用户最直接关注的性能指标之一。因此,在汽车产品研发设计过程中,对于DRE,(Design Research Engineer)而言,如何在确保整车安全性能的前提下,实现车身轻量化设计成为了一个关键且棘手的问题。这是因为,车身耐撞性是汽车碰撞安全性的基石,车身轻量化是车辆节能降耗主要途径之一,而两者在车身结构设计时有着相互冲突的可能性。为了消除这种冲突的矛盾问题,本文综述了国内外面向车身耐撞性和轻量化设计方法,总结出以碰撞过程中各个零部件产生的应变能EQ为设计分析载体,针对车身关键部件进行结构轻量化最优设计,并兼顾车身耐撞性设计要求。首先,以整车50km/h侧面碰撞工况为分析条件,依据C-NCAP管理规范2015版,建立该工况下的CAE计算模型,为后文针对车身结构作耐撞性设计与优化分析奠定基础。对于车体结构的耐撞性设计要求,在其碰撞过程中,将车身零部件的结构灵敏度分析方法,引申为其性能关重度分析,即车身关注件对耐撞性性能的影响程度;对于车身结构的轻量化设计目标,在满足其耐撞性的基础上,将上述关注件的材料屈服强度y?作为优化限值,根据实际车身碰撞过程车身部件的应力i?作为设计依据,计算出其耐撞性富余量,即主要关注件的优化“潜力”大小。其次,分析各个车身部件对整车被动安全性能中不同碰撞工况下其设计目标的影响程度或关联程度,对整车车身结构进行约减。在实际侧面碰撞仿真分析中,基于上述车身结构的约减原则,采用施加速度及位移边界条件的简化方法,将整车CAE仿真计算模型做出了进一步地简化。最后,将基于性能关重度及富余量分析的方法应用到某型SUV侧面安全性设计中,以车身质量最小作为优化设计目标,侧面耐撞性作为约束条件,进行最优化设计。基于DPS数据处理系统,采用均匀试验设计方法,安排仿真分析试验方案,运用多项式回归分析方法将试验样本点数据进行回归拟合,得到数学近似模型。在此基础上,运用最优化算法——复合形法进行迭代计算,将优化结果重新赋予给原仿真计算模型,并与实车碰撞结果进行对比分析,研究表明:优化设计方案确保了车身耐撞性不减的前提下,减轻了车身的质量,实现了车身耐撞性和轻量化设计的双重目标。
【关键词】：应变能 耐撞性 轻量化 优化设计 DPS数据处理系统
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.82
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 汽车车身设计的内容及方法10-13
• 1.2.1 汽车车身设计开发流程10-11
• 1.2.2 汽车车身性能分析11-12
• 1.2.3 汽车车身结构设计的常用方法12-13
• 1.3 汽车轻量化和耐撞性设计研究现状13-18
• 1.3.1 国内研究现状14-16
• 1.3.2 国外研究现状16-18
• 1.4 课题主要研究内容18-19
• 第2章 基本理论19-30
• 2.1 可变形移动壁障侧面碰撞试验标准分析19-21
• 2.2 基于DPS数据处理系统的数学统计分析方法21-26
• 2.2.1 多因素优化设计21-24
• 2.2.2 回归分析方法24-26
• 2.3 最优化设计理论26-29
• 2.3.1 优化设计的数学模型26-27
• 2.3.2 最优化问题求解方法27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 车身零部件性能关重度及富余量分析30-45
• 3.1 车身部件性能关重度分析30-39
• 3.1.1 车身受关注零部件的筛选31-34
• 3.1.2 车身部件的性能关重度计算34-39
• 3.2 车身部件性能富余量分析39-43
• 3.2.1 车身部件的性能富余量定义39-41
• 3.2.2 车身部件的性能富余量计算41-43
• 3.3 本章小结43-45
• 第4章 基于侧面安全性的车身轻量化设计及优化45-66
• 4.1 性能关重度分析45-50
• 4.1.1 关重件的选取46-48
• 4.1.2 有限元计算模型简化原则48-50
• 4.2 性能关重度计算50-53
• 4.2.1 试验设计51-52
• 4.2.2 数学建模-回归分析52-53
• 4.3 性能富余量分析及计算53-56
• 4.4 轻量化设计原则56-58
• 4.5 最优化设计58-65
• 4.5.1 选取设计变量参数58-60
• 4.5.2 构建数学优化模型60-61
• 4.5.3 优化解算61
• 4.5.4 结果验证61-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第5章 总结与展望66-68
• 5.1 全文总结66-67
• 5.2 工作展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间的研究成果73

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