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原文传递管柱型仪表板横梁结构优化设计

论文题名：	管柱型仪表板横梁结构优化设计
关键词：	汽车仪表板横梁;轻量化设计;结构参数;振动性能
摘要：	随着能源与环境问题的日益突出，汽车行业对汽车零部件轻量化设计要求越来越高，要设计出满足各方面性能要求且质量最轻的部件，是汽车结构设计工程师在设计中不可避免的难题。　　在汽车上，仪表板横梁是内饰系统中可以降低汽车总质量的重要金属部件之一。本文以管柱型仪表板横梁为研究对象，采取现代设计分析手段研究了横梁自身结构参数对性能的影响规律。针对某车型仪表板横梁，研究以性能与重量为优化目标的优化设计方法，最终获得了较为轻质的仪表板横梁结构设计，研究结果对工程设计有较好的理论指导意义和工程价值。　　本文采用有限元分析软件Optistruct分析了等径二维弯管管柱型仪表板横梁总成振动性能、刚度和转向管柱安装支架下垂刚度，结果表明横梁总成性能良好，符合技术标准；从横梁结构自身提取出了与车身A柱连接点个数、前上支架的宽度、前上支架与车身连接点位置、前上支架的厚度、转向管柱后连接点左右距离、转向管柱后支架加强盒子厚度、H型支架中间距离、H型支架厚度、管梁外径、管梁厚度等结构设计参数，并采用有限元模拟和田口实验设计方法，分析了这些结构参数对横梁重量和振动性能的影响规律，结果表明：对于横梁重量，管梁厚度对横梁重量影响最为显著；对于横梁振动性能，管梁厚度影响最为显著；H型支架厚度、管梁外径和前上结构的厚度、前上结构与车身连接点位置对横梁一阶振动频率有较大影响。　　基于上述结构参数对横梁重量和振动性能的影响规律分析结果，采用分步法对横梁结构进行优化设计：第一步，对横梁管梁进行单独结构优化。根据梁等强度理论，基于横梁刚度分析结果管梁应力分布，将横梁分为四段，在外径保持不变的情况下以每段管梁的厚度为优化变量，建立起横梁重量和一阶振动频率数学模型，通过尺寸优化和遗传优化算法确定管梁分段钢管的厚度最优值；第二步，基于分段后的管梁结构，通过析因分析在横梁其他结构设计参数中找出关键结构参数，以其为优化变量，建立起起横梁重量和一阶振动频率数学模型，通过遗传算法寻得变量最优值，对横梁总成进行结构优化。优化完成的仪表板横梁总成的结构设计有着良好的刚度和NVH性能，且比原先结构轻了1.07Kg，减重14.6％，达到了横梁的轻量设计目的。
作者：	郭旋
专业：	车辆工程
导师：	孟正华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文