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基于刚度和模态分析的纯电动汽车白车身轻量化设计
| 论文题名： | 基于刚度和模态分析的纯电动汽车白车身轻量化设计 |
| 关键词： | 电动汽车;白车身;轻量化设计;模态性能;静态刚度 |
| 摘要： | 汽车工业的飞跃发展，显然会给社会带来一些不利的影响。基于在环保节能领域的突出性作用，汽车轻量化技术将在汽车行业的发展当中扮演着十分重要的角色。对于纯电动汽车而言，车身轻量化不仅能够产生节能环保的效益，还能够增大其续驶里程。白车身结构的模态频率、刚度、强度等性能和汽车的舒适性、安全性和耐久性等指标息息相关，因此对白车身进行动静态性能分析是很有必要的。本文基于前人的研究成果，综合考虑了纯电动汽车白车身的模态、强度和刚度性能。在轻量化优化设计的过程中，结合了响应面近似模型技术和粒子群优化算法，最终得到的优化结果在保证汽车综合性能不降低的前提下，实现了轻量化的效果。 针对车身轻量化这一主题，本文主要进行了以下内容的研究： (1)建立了白车身的有限元模型，分析了其静态下的模态、强度、弯曲刚度和扭转刚度等性能，得到了白车身前六阶模态频率值、静态弯曲刚度和静态扭转刚度等性能指标，并在三种典型工况下对白车身进行了静强度分析，从而为后面的轻量化优化设计作好了准备工作。 (2)选取白车身地板底梁部分结构的14个部件作为目标部件，设置了10个厚度设计变量，采用优化拉丁超立方法进行试验设计，抽取了150个样本点，以白车身质量、模态、弯曲刚度和扭转刚度为响应，计算各样本点所对应的响应数值，对变量数据和相对应的响应数据用三阶响应面近似模型进行拟合。 (3)以白车身质量最小为目标，以白车身的一阶模态频率值、弯曲刚度和扭转刚度为约束，利用粒子群优化算法进行全局寻优，最终得到一组变量部件厚度的最优组合。重新建立优化后的有限元模型，计算出优化后各响应值，从而验证出优化结果的拟合效果。比较优化前后各响应的数值用来验证轻量化的实现效果。 优化结果表明：对白车身地板底梁部分结构进行轻量化优化设计，在不影响白车身模态性能、静态刚度和静强度性能的前提条件下，地板底梁部分结构减重达12％，从而使白车身结构质量下降了1.45%，实现了轻量化的效果。 |
| 作者： | 丰亮 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 毛建中 |
| 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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