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某轿车发动机罩材料/结构一体化轻量化方法研究
| 论文题名： | 某轿车发动机罩材料/结构一体化轻量化方法研究 |
| 关键词： | 轿车发动机罩;拓扑优化;材料轻量化;行人头部保护 |
| 摘要： | 据统计，截止2014年，我国机动车保有量已达到2.64亿辆。随着汽车保有量的迅猛增加，能源消耗、环境污染以及交通安全危害等问题日益凸显，为了解决上述问题，各大汽车企业纷纷提出应对策略，其中最主要的解决措施之一就是实施汽车轻量化。汽车的轻量化就是在保证其刚度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，以达到降低能耗的目的，而发动机罩作为汽车车身的主要覆盖件之一，对整车的轻量化起着举足轻重的作用。由于我国公路交通情况复杂，行人、电动车、机动车混用道路较多，易发生行人碰撞事故，因此，在2008年，我国颁布了国标GB/T24450-2009，提出了汽车对行人碰撞保护的相关标准。2016年8月，中国汽车技术研究中心提出将在2018版C-NCAP评价标准中增加行人保护安全性能评价。因此，研发行人保护式轻量化发动机罩将成为各大汽车企业的重点研究方向之一。 本文以东南汽车在研SUV发动机罩为研究对象，分析了发动机罩基于静态弯曲、扭转、安装变形等三种工况下的力学性能，然后根据力学性能分析结果，结合拓扑优化理论，建立了发动机罩内板的OptiStruct优化模型，进行了内板拓扑优化设计。在此基础上，提出了三种轻量化方案对内板优化后的发动机罩进行材料轻量化设计，得到了一款新型发动机罩。依据E-NCAP V8.0评价标准，利用Radioss软件建立了行人头型冲击器撞击优化前后发动机罩模型，对比分析仿真结果，验证了发动机罩轻量化方案可行。通过行人头型冲击器撞击试验，验证了发动机罩轻量化方案的有效性。主要研究内容包括： （1）基于静力学理论和有限元理论，分析了三种常见工况下原发动机罩的力学性能，并对发动机罩的内板结构进行拓扑优化，根据优化结果重新设计内板结构以满足分析工况的需求，但轻量化效果有限，仅降低重量2.1%； （2）为了满足企业轻量化的设计目标，针对拓扑优化后的发动机罩内板，选择了高强度钢、铝合金以及碳纤维复合材料作为轻量化材料，设定了三种不同方案对发动机罩进行材料轻量化设计，通过对比分析材料轻量化后发动机罩的综合力学性能，最终确定采用高强度钢的发动机罩适合公司需要，且其轻量化效果达到了12.6%； （3）根据E-NCAP V8.0评价标准，分别建立了头型冲击器撞击优化前后发动机罩的有限元模型，选择了部分撞击点进行仿真分析，通过对比两种仿真模型的头部HIC，发现优化后发动机罩的行人头部保护效果要优于优化前的发动机罩；对优化后发动机罩进行头型冲击器撞击试验，将试验得到的 HIC值与仿真 HIC值进行对比，其吻合度较好，从而验证了发动机罩轻量化方案可行和有效。 |
| 作者： | 洪伟鹏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 唐友名;宋名洋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 厦门理工学院 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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