基于区域分析及可视化模型的车身框架优化研究

发布时间：2017-09-11 09:37

  本文关键词：基于区域分析及可视化模型的车身框架优化研究

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【摘要】：车身是整车中的重要组成部分,车身开发在整车开发流程中占据着主导地位,其性能对整车性能有很大影响。车身框架结构由梁和接头组成,作为车身结构的基础,承担着车身的主要载荷。因此,对车身框架结构优化研究对于提高车身性能显得尤为重要。目前的车身刚度计算和评价方法反映的只是整体刚度数值和大梁门槛的变形曲线,难以评价刚度匹配特性和各区域对车身的贡献,针对这一的问题,以各个区域的应变能和应变能密度为分析对象,构建基于区域贡献量的刚度评价分析方法。同时,用区域灵敏度来分析各个区域对于整体性能参数的影响大小。结合区域贡献量和区域灵敏度来综合评价车身刚度匹配特性。将车身框架结构划分成接头和梁等区域,计算各个区域在刚度工况、自由模态下的刚度贡献量、材料贡献量以及区域灵敏度。为形象直观地分析区域贡献量以及区域灵敏度分析结果,建立管道可视化模型,将数值可视化。详细介绍了可视化模型的构建方法,并总结基于区域分析结果可视化模型的构建流程,为后续的可视化显示系统实现奠定基础。通过数值可视化,能将工程师从繁杂的数据分析中解脱出来,非常直观的分析计算结果。通过二次开发,建立基于UG平台的可视化显示系统。实现了对计算结果数据的提取,自动生成各个工况下的区域贡献量以及区域灵敏度可视化模型,通过可视化模型分析总结车身的刚度匹配特性,并提出结构修改建议。该可视化显示系统集成于UG中,方便车身设计工程师对有限元计算结果的查看,分析车身的刚度匹配特性,发现并分析问题,对车身结构的合理匹配提供指导,具有工程应用价值。根据之前的分析,选取车身接头关键区域为优化对象,建立同一区域的不同零件厚度之间的关联关系,以区域厚度为设计变量,刚度和模态频率为约束,白车身质量最小为目标。通过试验设计构建近似模型,利用遗传算法进行优化。结合优化结果和工程实际进行结构修改,最终,在白车身总质量小幅度增加的情况下,车身刚度、模态性能均有不同程度的提高。对比了优化前后扭转工况下的各个区域的刚度贡献量和材料贡献量,结果表明优化后的结构刚度匹配更加合理。
【关键词】：车身框架结构 刚度匹配 区域贡献量 区域灵敏度 可视化 优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.82
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 课题的研究背景与意义14-16
• 1.2 国内外相关领域研究现状16-19
• 1.2.1 车身框架结构相关研究现状16-17
• 1.2.2 车身结构刚度匹配研究现状17
• 1.2.3 科学计算可视化研究现状17-19
• 1.3 本文研究思路与内容19-20
• 第2章 基于区域贡献量与区域灵敏度的车身关键部位性能评价20-41
• 2.1 引言20
• 2.2 目前车身刚度计算方法和评价原则20-22
• 2.2.1 车身扭转刚度计算以及刚度特性评价20-21
• 2.2.2 车身弯曲刚度计算以及刚度特性评价21-22
• 2.3 基于应变能的区域贡献量定义22-24
• 2.3.1 静态载荷下应变能22
• 2.3.2 模态应变能22-23
• 2.3.3 车身结构刚度贡献量23-24
• 2.3.4 车身结构材料贡献量24
• 2.4 区域灵敏度定义24-28
• 2.4.1 灵敏度分析理论24-26
• 2.4.2 区域灵敏度26-28
• 2.5 车身静态、动态区域贡献量与区域灵敏度计算28-40
• 2.5.1 车身有限元模型建立与框架区域划分28-33
• 2.5.2 扭转工况下区域贡献量与灵敏度计算33-35
• 2.5.3 弯曲工况下区域贡献量与灵敏度计算35-37
• 2.5.4 模态区域贡献量与灵敏度计算37-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第3章 基于区域分析的框架可视化模型构建方法41-52
• 3.1 引言41
• 3.2 可视化技术理论41-44
• 3.2.1 可视化内容与基本流程41-42
• 3.2.2 数据类型处理42-44
• 3.3 可视化模型构建方法44-49
• 3.3.1 模型位置确定与区域类型划分44-47
• 3.3.2 模型直径确定47
• 3.3.3 模型颜色确定47-49
• 3.3.4 过渡区域设置49
• 3.4 基于区域分析的可视化流程49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第4章 可视化模型显示系统实现与车身性能评价52-69
• 4.1 引言52
• 4.2 UG以及二次开发简介52-54
• 4.2.1 UG简介52-53
• 4.2.2 UG二次开发53-54
• 4.3 可视化模型显示系统设计实现54-61
• 4.3.1 基于Open grip的可视化系统的开发流程54-55
• 4.3.2 可视化模型显示系统开发55-60
• 4.3.3 可视化显示系统实现技术路线60-61
• 4.4 车身静态、动态区域分析可视化以及性能评价61-68
• 4.4.1 扭转工况61-62
• 4.4.2 整车弯曲工况62-64
• 4.4.3 自由模态64-67
• 4.4.4 车身结构静态、动态性能综合评价67-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 车身框架结构优化设计69-80
• 5.1 引言69
• 5.2 车身框架结构优化69-75
• 5.2.1 优化模型定义69-71
• 5.2.2 基于拉丁超立方的Kriging近似模型71-74
• 5.2.3 优化过程与结果74-75
• 5.3 优化结果分析与结构修改75-76
• 5.4 优化前后对比分析76-79
• 5.5 本章小结79-80
• 结论与展望80-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-87
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文87

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本文编号：829968