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原文传递混合材料白车身结构开发理论与轻量化方法研究

论文题名：	混合材料白车身结构开发理论与轻量化方法研究
关键词：	混合材料;车身结构;开发理论;轻量化;白车身;扭转刚度;碰撞;性能预测模型;开发方法;优化神经网络;强度;汽车;开发流程;方案;材料匹配;材料成本;板材厚度;自冲铆;重量;质量
摘要：	轻量化是当今汽车设计的一种理念和手段，符合“安全、节能、环保”的发展方向。车身质量占汽车总质量的40％左右，车身的轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用，车身轻量化正成为21世纪汽车技术的前沿和热点。单一材料白车身结构，限于结构拓扑关系，不能很好地解决轻量化与高性能之间的矛盾。混合材料白车身采取材料替换与结构改进相结合的方法，在保证汽车整体性能不受降低的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量。混合材料白车身结构是在传统的车身骨架钢质结构中，有些构件或组件用不同强度等级的高强度钢板代替，且可以通过优化设计和性能优化方法确定不同材料的匹配和它们在白车身结构上的分布规律，实现白车身结构的轻量化和高强度。　　通过剖析单一材料白车身结构的开发流程与开发方法，提出了混合材料白车身结构的开发流程与开发方法。建立了分两阶段进行优化的材料优化数学模型，第一阶段，先基于碰撞指标与材料成本两个约束，以材料作为变量组，进行优化，得到基于碰撞与材料成本的材料匹配模式；第二阶段，对选定的材料匹配车身结构组进行优化，以碰撞、刚度、强度及模态性能作为约束，以板厚作为变量组，优化后可以获得满足各种指标的轻量化方案。　　针对混合材料白车身结构开发的关键技术之一的连接技术进行了机理研究，研究了点焊建模问题，提出了虚拟节点法模拟点焊的方法，该方法能够更准确地模拟实际焊点的力学行为，而且保证了实际焊点位置的精度。应用有限元方法，分析了点焊、铆接、粘接等连接方式的优缺点。通过试验研究获得了无铆钉自冲铆接头力学特性的主要影响因素，并建立了以凸模侧板材厚度、凸模侧板材硬度、凹模侧板材厚度、凹模侧板材硬度及BD值为输入参数，最大剪切力与最大剥离力为输出参数的基于神经网络的无铆钉自冲铆接头力学性能预测模型，并引入遗传算法优化神经网络的权值，以提高预测模型的准确性。　　建立了混合材料白车身结构及主要开闭件CAE模型，对它们进行了静态扭转刚度、弯曲刚度及模态特性分析。完成了标杆车白车身结构模态实验，可作为白车身结构设计的参照。建立了混合材料整车碰撞CAE模型，对混合材料白车身结构进行了正面40％重叠ODB和侧面碰撞仿真分析。把惩罚函数算法应用于白车身板厚灵敏度优化问题中，分析优化了“以扭转刚度不变为约束，重量最轻为目标”与“以重量不变为约束，扭转刚度最高为目标”两个方案。对“以扭转刚度不变为约束，重量最轻为目标”方案进行了碰撞分析，分析结果表明，最轻方案在不降低碰撞指标时，轻量化系数低于竞争车型。上述研究成果应用于自主品牌整车企业SUV实车开发中，取得了满意的效果。
作者：	龙江启
专业：	车辆工程
导师：	兰凤崇
授予学位：	博士
授予学位单位：	华南理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文