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冲压约束下变截面车身结构的碰撞吸能特性与可靠性优化设计
| 论文题名： | 冲压约束下变截面车身结构的碰撞吸能特性与可靠性优化设计 |
| 关键词： | 白车身;变截面结构;冲压约束;碰撞吸能特性;优化设计 |
| 摘要： | 随着我国工业基础建设的完善和综合国力的不断增强，我国的汽车行业也得到了显著的发展。我国作为世界上最主要的汽车生产国和消费国，汽车的碰撞安全性问题受到了社会的广泛关注。因此，开展汽车的耐撞性优化设计，保障车内乘员及行人的安全，对降低交通事故死亡人数，提高我国汽车工业的综合竞争力尤为重要。 随着对白车身轻量化水平以及耐撞性要求的提高，传统的等截面薄壁结构逐渐被具有复杂截面形状的变截面（Variable cross-sectional shape，VCS）薄壁结构取代。由于VCS车身结构存在设计变量多、制造工艺复杂等设计难题，且其碰撞吸能特性尚不完全清楚，难以快速高效地开展VCS车身结构的优化设计以及生产制造。因此，建立冲压约束下VCS车身结构的参数化模型，探究其碰撞吸能特性，开展冲压约束下VCS车身结构的可靠性优化设计尤为重要。本文的研究工作主要体现在： （1）以截面形状控制点坐标、缩放比例、厚度等作为设计变量，利用参数化建模方法构建了VCS车身结构的CAD/CAE一体化参数化模型；分析了VCS车身结构的可冲压成形和可装配的约束特点，在概念设计阶段充分考虑制造工艺约束，并获得满足制造约束的VCS车身结构的隐式参数化模型；制备了典型的VCS样件，结合动态落锤冲击试验，验证了VCS车身结构参数化模型的仿真精度，为后续研究奠定了基础。 （2）提出了一种改进的约束域拉丁方抽样算法，较好地解决了约束域抽样的难题；通过不同案例的测试对比，表明该算法针对多变量、复杂约束的抽样问题具有较好通用性，为开展VCS车身结构的可靠性优化设计提供了算法基础；基于ICD-LHS算法开展了冲压约束下变截面梁模型的样本生成工作，获得了满足制造约束的变截面梁样本。 （3）探究了缩放比例、宽高比、厚度、截面形状等对VCS车身结构变形模式以及碰撞吸能特性的影响，利用全局灵敏度分析的方法，获取了各个结构参数对VCS车身结构碰撞吸能特性的影响规律，得到了各结构参数的合理设计范围，对开展VCS车身结构的优化设计具有较好的指导意义。 （4）基于VCS车身结构的碰撞吸能特性研究，确定了各结构参数的合理设计范围，利用ICD-LHS算法获取了满足稳定变形及可冲压约束的样本点，利用VCS车身结构的参数化模型快速计算了样本点的响应值，构建了高精度的kriging模型；以吸能量最大、质量最小为优化目标，利用基于kriging模型的可靠性优化设计方法，开展了VCS车身结构的可靠性优化设计，获得了具有较高可靠性的设计方案，显著提高了VCS车身结构的耐撞性能，兼顾了耐撞性与轻量化设计。 |
| 作者： | 王成皓 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 耿国庆 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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