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基于威布尔分布的轿车车身疲劳寿命稳健性优化设计
| 论文题名： | 基于威布尔分布的轿车车身疲劳寿命稳健性优化设计 |
| 关键词： | 轿车车身;优化设计;疲劳寿命;稳健性;威布尔分布 |
| 摘要： | 车身总成作为汽车三大关键总成之一，其疲劳寿命性能的优劣直接决定着汽车的使用寿命和安全性。因为结构疲劳寿命分布较为分散，所以普遍使用概率统计方法来描述疲劳寿命分散性。其中，威布尔分布因其形状参数取值不同，分布曲线可以呈不同的形态，成为现在使用较多的疲劳寿命分布统计模型。另外，汽车设计误差、材料性能偏差和人为操作误差等因素均会对车身疲劳寿命的稳健性产生影响。 本文基于威布尔分布，提出了一种轿车车身疲劳寿命稳健性优化设计模型。首先，给出了等效威布尔分布法，建立了整车动力学仿真模型和虚拟试验场，通过车辆运动学仿真得到载荷谱。然后，基于轿车车身惯性释放分析原理，结合S-N曲线、载荷谱和Miner线性累计损伤法则得到了车身的疲劳寿命。最后，利用遗传算法对车身疲劳寿命进行稳健性优化。本文的主要研究内容如下： （1）给出了等效威布尔分布法，基于均值、方差和三阶矩相等的原则得到威布尔分布的形状参数、位置参数和尺度参数，进而给出与原分布函数等效的威布尔分布。数值算例验证，相比于正态分布，威布尔分布在拟合其它分布时更加精确。 （2）基于运动学理论，建立了轿车前后悬架、转向系统和轮胎系统等子系统，进而建立整车多刚体运动仿真模型。然后根据随机路面不平度理论生成B、C、D、E级路面，从而建立虚拟仿真试验场，将整车模型在虚拟试验场中进行运动仿真，得到了车身疲劳寿命分析所必需的载荷谱。 （3）建立了车身的有限元模型，对其进行惯性释放分析，得到了车身静态分析结果。基于名义应力法，结合载荷谱、S-N曲线和Miner累计损伤法则对车身进行疲劳寿命分析，并指出了疲劳失效发生的部位。 （4）基于威布尔分布，提出了车身疲劳寿命稳健优化模型。通过灵敏度分析选择设计变量，以材料参数为随机变量，通过拉丁超立方抽样，构建车身疲劳寿命的Kriging代理模型，综合车身疲劳寿命方差最小和疲劳寿命分布集中于预期寿命附近两方面考虑，建立了车身疲劳寿命稳健优化模型。最后利用遗传算法，得到了车身零部件板厚优化结果，验证了优化后的车身寿命达到稳健优化目标。 |
| 作者： | 黄珂磊 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李锋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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