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原文传递基于碰撞安全性的车身多学科设计优化

论文题名：	基于碰撞安全性的车身多学科设计优化
关键词：	汽车碰撞安全性;多学科设计优化;TRIZ理论;灵敏度分析;响应面
摘要：	随着汽车产品的广泛应用和交通事故的频发，人们对其碰撞安全性的要求也越来越高，而汽车作为各项性能条件的矛盾综合体，对于提高汽车碰撞安全性的研究，是一个复杂的系统性工程，如何很好的协调汽车碰撞安全性与其轻量化性能、NVH（噪声、振动、声振粗糙度）性能之间的制约机制，是当前较为难以解决的问题，多学科设计优化方法的引入为解决这个问题提供了一个合理的途径。　　本文首先利用有限元建模方法，建立某SUV车型的整车有限元模型，并对其模型进行合理性验证，根据企业相关标准及国家碰撞法规的要求，对其整车及部分构件的强度、刚度、模态特性、碰撞安全性等各项评价指标进行CAE计算，根据有限元计算结果，对其可提升的性能进行优化设计，并综合考虑各项性能之间的相互制约作用，在保证碰撞安全性的前提下，协调控制车辆的其它各项性能并进行多学科优化。　　本文对以下车身构件进行了多学科设计优化方案的研究: 　　 (1)以对背门质量及一阶固有频率的灵敏度较高的几个构件的材料厚度为设计变量，采用最优拉丁方试验设计方法获得样本数据，并用响应面法构建了背门质量及一阶固有频率的近似模型，利用序列二次规划法对该两个近似模型进行多学科并行优化，在保证背门质量不增加的情况下，显著提高了背门的一阶固有频率。　　 (2)以TRIZ冲突解决矩阵理论为基础，对前车门防撞梁进行工艺改进及轻量化性能提升，将原防撞梁的三个构件简化为一个整体，将防撞梁由管型改进为M形截面形式。以M形截面车门防撞梁的材料参数作为设计变量，以提高车门防撞梁的轻量化性能及其在侧面碰撞中的吸能性为优化目标，建立车门防撞梁轻量化性能及吸能性的多学科近似模型，通过遗传算法最终得到最优的车门防撞梁材料方案，在其质量不增加的情况下，显著提高了车门防撞梁的碰撞吸能性，并对车门防撞梁的布置位置进行了优化，以再次提高其碰撞吸能值。　　 (3)以发动机罩的一阶固有频率、质量、及其在车辆正面碰撞中的吸能值为依据，选择对该三个性能影响较大构件的材料厚度为设计变量，采用正交试验设计方法进行样本数据设计，使用响应面法建立发动机罩碰撞吸能性、一阶固有频率及质量的多学科近似模型，以提高发动机罩的碰撞吸能性为优化目标，以保证NVH性能及轻量化性能为约束，通过遗传算法最终得到最优的材料方案，显著提高了发动机罩的碰撞吸能性。　　通过以上三个改进方案，使车辆在碰撞安全性、NVH性能、轻量化性能都得到了不同程度的提高，协调了各性能之间的约束冲突机制，验证了多学科设计优化方法在汽车车身改进中的可行性，并为车身构件改进的实践应用提供了理论支持。
作者：	刘豪
专业：	车辆工程
导师：	王丽娟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南昌大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文