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基于随机有限元的复合材料车身侧围轻量化设计研究
| 论文题名： | 基于随机有限元的复合材料车身侧围轻量化设计研究 |
| 关键词： | 车身轻量化;复合材料;夹层板;随机有限元 |
| 摘要： | 夹层板结构具有较高的弯曲刚度重量比，在相同边界、加载条件下，它比单层金属板有更小的横向变形、更高的屈曲阻力和更高的固有频率。因此，通过合理设计夹层板厚度，可以在整体重量较低的情况下，得到类似单层金属板强度和屈曲性能的夹层结构。同时，考虑到材料属性广泛存在着空间随机性的特点，本文利用随机有限元方法，研究车身轻量化的工作，主要研究内容包括: (1)单层板与夹层板模型建立与分析 基于单层板与夹层板的理论分析，通过利用MATLAB软件对板结构进行充分的网格划分，计算了板的位移、固有频率的有限元解，并与解析解进行比较以验证有限元方法的精确性，在此基础上，研究了夹层板材料不同属性对位移、固有频率、临界载荷的影响以及灵敏度的大小。 (2)随机有限元方法及其应用 以Exponential型随机场为例，研究了高斯型随机场的Karhunen-Loève展开法，通过利用函数逼近理论，研究求解随机场特征值问题的Galerkin方法;通过建立车身弹性模量和密度的随机场，并与有限元方法结合，研究了随机有限元分析的数值方法，计算了车身侧围在考虑材料随机性下的车身响应。 (3)复合材料夹层板的车身轻量化设计研究 通过研究单层金属板车身特性，选取适合的夹层板材料，建立复合材料夹层板厚度对位移、质量和第一阶固有频率的响应面;分别以不同的目标函数建立夹层板优化模型，进行确定性、考虑材料随机性的优化及可靠性优化，获得了车身侧围夹层结构设计。在此基础上，选取不同可靠性指标、随机场不同变异系数，对夹层结构进行双目标优化，分析了不同可靠性指标、随机场不同变异系数对优化结果的影响，结果表明夹层板可以很好替代单层金属板，工程中可以根据需求选取适宜参数，得到适合的复合材料车身侧围结构。 |
| 作者： | 马虹光 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 张旭方 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2018 |
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