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考虑抗撞安全性的车身材料结构一体化设计方法研究
| 论文题名： | 考虑抗撞安全性的车身材料结构一体化设计方法研究 |
| 关键词： | 汽车车身;抗撞安全性;一体化设计;材料结构;轻量化设计 |
| 摘要： | 随着当今能源危机和环境污染等问题日益尖锐，能够最大程度实现节能减排的新型轻量化材料和结构成为研究人员在汽车以及其他工业领域探究的主要对象。在汽车设计和应用中，材料和结构设计起着决定性作用，因此，针对材料和结构的一体化设计研究显得尤为重要。同时，多材料车身结构近来得到快速发展，这不仅仅是因为可以满足轻量化要求，还因为在很大程度上提供了更广阔的设计空间以满足抗撞安全性等设计要求。虽然多材料车身结构的发展是一种趋势，但是针对多材料设计以及材料结构一体化设计的相关研究较少。本文提出一种考虑抗撞安全性的车身材料结构一体化设计方法，能够很好的处理、分析和设计汽车车身多材料多结构的复杂问题。 首先，考虑设计中汽车抗撞安全性和轻量化要求，对研究工况下的设计指标（设计目标）和主要结构（分析因子）进行选取和确定。然后，考虑材料的主导性作用和离散性特征，对分析因子的材料类型进行正交实验设计来获取材料对抗撞安全性和轻量化设计指标的影响。基于正交实验设计的特点，采用多指标综合设计法对分析因子进行材料分析和匹配，由此获得分析因子的材料匹配方案。同时，为了得到起关键性作用的显著性结构，提出基于 MaxUr(3)析因设计方法来对材料进行显著性分析，并结合极差分析来获取显著性因子的设计方法。其后，将显著性因子的材料类型设定为离散型设计变量，结构厚度设定为连续型设计变量，并提出相应的多目标优化问题，以进行材料结构一体化设计。此时，为了获得高精度的代理模型来构建多目标优化数学函数，提出基于最优光滑系数的径向基函数模型来获得最优径向基函数代理模型。最后，采用NSGA-II多目标遗传算法来获取Pareto解集，通过最小距离选解法来得到多目标设计要求下的综合最优解。 通过对汽车顶部压溃和汽车正面偏置碰撞两个重要工况的分析和设计，验证了方法的可靠性和有效性。经过考虑抗撞安全性的车身材料结构一体化设计后，汽车在顶部压溃工况下的设计指标总吸能和最大压溃力相比于初始值得到了明显提升，且轻量化效果显著；而汽车在正面偏置碰撞工况下的设计指标最大加速度和质量相比于初始值降低明显，总吸能也得到了提升。因此，该方法能够有效分析、优化和设计汽车车身的材料和结构以提高抗撞安全性能，并为工程实际中材料结构一体化设计提供了一种设计思路。 |
| 作者： | 陈园 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 韩旭;侯淑娟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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