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基于可靠性的车身结构件“工艺-性能”耦合优化设计研究
| 论文题名： | 基于可靠性的车身结构件“工艺-性能”耦合优化设计研究 |
| 关键词： | 车身结构件;耦合冲压;碰撞性能;可靠性分析;轧制差厚板 |
| 摘要： | 轻量化和耐撞性已经成为汽车工业在二十一世纪所面临的主要问题，然而这两大问题往往是互相矛盾的。为了达到汽车轻量化的同时提升其耐撞性能，目前研究者广泛采用优化设计的方法。然而传统的汽车耐撞性优化设计和汽车部件的工艺优化设计通常是相互独立的。在进行耐撞性优化设计时，很少考虑工艺过程的要求，这样的设计并不是最优的甚至有可能不切实际的。汽车的碰撞吸能部件有很大比例是通过冲压成形而得到，冲压成形之后所造成的厚度分布不均匀，残余应力和残余应变等都会对部件的碰撞吸能造成很大的影响，特别是对于一些高强钢等先进材料，这种影响尤为明显。另外，在部件的工艺生产与碰撞过程中，存在着很多的随机的不确定性，如果忽视这些不确定性进行确定性优化，很可能会得到不可靠或者不稳定的设计。 为了解决上述问题，本文研究了一种基于可靠性的耦合工艺与性能的耦合优化设计方法。该方法首先建立了一套耦合冲压工艺与碰撞性能的数值分析方法，提高分析的精度，并利用可靠性优化设计方法对部件的工艺和性能进行设计优化，提高设计的可靠性。为了验证该方法，本文先以等厚板双帽形梁构件为研究对象，利用耦合工艺与性能的建模方法分析冲压工艺对于部件的耐撞性能的影响。然后，将部件的耐撞性能作为目标，以冲压成形性能作为约束构建优化问题，结合代理模型、敏感性分析方法和可靠性优化算法等对双帽形梁部件进行优化设计。结果表明该方法能大大提高部件的成形和耐撞性能，并且同确定性优化设计相比，设计的可靠性也得到了提高。 另外，本文还将此方法与轧制差厚板(Tailor Rolled Blank，TRB)技术相结合，并对TRB双帽形梁部件进行了设计。首先，通过材料单轴拉伸实验得到轧制差厚板材料不同厚度的材料性能，并利用插值方法得到轧制差厚板不同厚度下材料的应力应变场，解决TRB的材料表征问题。接着研究了TRB部件的冲压和碰撞的建模方法，最后对TRB双帽形梁部件进行了基于可靠性的耦合冲压工艺与碰撞性能的优化设计。结果表明，TRB部件的成形性能和耐撞性能都有提升，且设计的可靠性大大提高。该方法对TRB部件的设计具有一定的借鉴意义。 |
| 作者： | 屈瑞飞 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 孙光永 |
| 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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