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基于碰撞安全的车身结构轻量化多目标优化设计研究
| 论文题名： | 基于碰撞安全的车身结构轻量化多目标优化设计研究 |
| 关键词： | 碰撞安全;车身结构;轻量化;多目标优化设计;CAD模型 |
| 摘要： | 近年来汽车产业不断朝阳发展，国内汽车保有量正快速激增。由此所带来的环境、能源及安全问题等应运而生，这些问题对国内汽车产业的可持续发展影响巨大。汽车轻量化技术作为汽车节能减排的有效手段显然已经成为汽车工业进展中的关键性研究课题，车身轻量化优化技术作为汽车轻量化范畴中的最有效途径，现已成为国内外各汽车制造厂商的核心竞争技术之一。本文在总结国内外汽车轻量化技术的基础上，以车身结构优化设计的方式针对国产某轿车的白车身进行了详细的轻量化优化设计研究。在保证汽车车身弯扭刚度、模态性能及碰撞安全性能基本不变的情况下，最大限度地降低了白车身的质量，达到了汽车节能减排的目的。本文具体研究内容如下: (1)结合国产某轿车的CAD模型，分析了白车身的结构特点，以HyperMesh经几何处理、有限元网格的划分、单元质量检查以及创建模拟连接方式等前处理工作后建立了白车身的有限元模型。 (2)建立了基于结构参数灵敏度的白车身静态弯扭刚度及模态分析的模型，并进行了白车身的刚度及模态性能分析，将仿真结果与厂家提供的试验结果进行比对分析，准确的验证了有限元仿真模型。以此模型进行刚度及模态的混合灵敏度仿真解析，得到需要优化设计的非安全相关零件，并以零件的板厚作为优化设计的变量开展后续的优化设计工作。 (3)运用多学科多目标设计优化软件Isight搭建了白车身轻量化优化问题的联合仿真流程，对灵敏度相关件的板厚参数进行了试验设计，结合非劣排序遗传算法NSGA-Ⅱ，以白车身质量最小、弯曲及扭转刚度最大为目标，低阶模态性能为约束，对白车身进行了基于多目标的轻量化设计优化并最终确定了白车身结构的轻量化设计方案。结果表明，轻量化设计优化之后的白车身总成整体质量减轻17.004kg，减重幅度为5.7％。 (4)对轻量化优化后的白车身总成进行正面全宽碰撞仿真，以碰撞过程中系统动能及内能的变化、前围板的碰撞入侵量及B柱、中央通道的入侵速度作为优化前后白车身总成的碰撞安全性能验证的指标，然后进一步验证白车身的静态弯扭刚度及低阶固有频率。将实验仿真所得数据与厂家设定要求进行比对，验证轻量化方案的可行性。 |
| 作者： | 彭光旭 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赵树恩 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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