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基于多学科优化的纯电动汽车车身结构设计
| 论文题名： | 基于多学科优化的纯电动汽车车身结构设计 |
| 关键词： | 纯电动汽车;轻量化设计;车身结构 |
| 摘要： | 本文源自国家自然科学基金（No.51305314）及校企合作项目，基于多学科优化方法，提出了优化纯电动汽车（BEV）车身结构的正向设计方法。BEV具有零污染、低噪声、能效高等优点，有利于节能减排。白车身作为BEV主要承载结构，其轻量化有助于整车轻量化和续航能力增加。当前，BEV研发存在如下问题：①多数车身仍沿用传统车身结构，仅置换动力系统，这将导致车身刚强度不足、质量增加、固有频率较低等问题；②电池比功率低致使整车质量过大，导致耗能增加、续驶里程缩短。所以，设计与BEV动力系统相匹配的轻量化车身结构，已成为BEV研发的重要课题。本文主要工作如下： ①阐述了车身设计的国内外研究进展：包括汽车轻量化和多学科优化方法；现代车身结构开发方法；车身静态刚强度分析；优化方法及所需软件。 ②提出了优化BEV白车身结构的正向设计方法：基于BEV的总布置参数，确定白车身拓扑设计空间和质量块载荷加载方法；基于汽车动力学理论，在Admas软件中构建了BEV动力学仿真模型，并提取车身接附点载荷。 ③基于多学科优化对白车身进行了拓扑优化：采用结构拓扑优化理论与折衷规划法，构建了白车身拓扑优化有限元模型；运用Optistruct优化模块，建立了考虑BIW多工况刚度和模态频率的静态-动态联合优化函数，仿真并输出了最优结构。 ④基于响应面的多学科优化对白车身作了尺寸优化：采用有限元分析了白车身初始结构参数，进行了板厚灵敏度分析以筛选设计变量；基于最优拉丁方试验，设计了样本点数据；基于iSIGHT，建立了白车身各响应多项式响应面近似模型，验证了其精度；并建立了以白车身板厚为变量，模态频率和弯扭刚度为约束，质量最小为目标函数的多学科优化数模，运用多岛遗传算法进行优化；并验证和分析了优化结果。优化结果：白车身质量微增加了1.34％，但一阶扭转和弯曲频率分别增加了2.74%、1.70%，弯曲刚度和扭转刚度分别提高了11.71%、4.94%，轻量化系数降低了4.12%。 工程实例优化表明：将多学科优化用于BEV白车身结构设计，获得了较理想的轻量化车身结构，证明了本文所提方法的可行性。 |
| 作者： | 张吉兵 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 过学迅;胡三宝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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