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微发泡汽车饰件力学性能的多尺度分析及成型工艺优化
| 论文题名： | 微发泡汽车饰件力学性能的多尺度分析及成型工艺优化 |
| 关键词： | 微发泡汽车饰件;力学性能;多尺度分析;成型工艺;参数优化 |
| 摘要： | 随着节能减排的需求日益迫切，轻量化技术成为了汽车行业发展的热门趋势。微发泡注塑成型工艺能够实现汽车零部件的减重和性能提升，在汽车内外饰件上得到了广泛应用。微孔塑料制品由于其内部复杂的微观结构和成型缺陷，对制品服役性能的准确预测带来干扰。本文利用多尺度联合仿真综合考虑了材料各向异性、成型缺陷等因素对制品服役性能的影响。首先通过与拉伸样条试验结果的对比验证了该方法的可行性，然后将其运用于微发泡汽车饰件上，准确预测了饰件在不同工况下的服役性能，最后结合Kriging模型和多目标优化算法对工艺参数进行了优化，实现了汽车饰件的轻量化和高性能化。主要研究进展如下： 以拉伸样条为研究对象，基于纤维取向理论，利用Moldex3D预测了纤维取向的分布情况；基于均质化方法，利用Digimat-MF建立了纤维增强复合材料的本构模型；基于坐标转换方法，利用Digimat-MAP将材料本构和成型结果映射至结构分析网格上；通过对比由Abaqus和实验所得到的拉伸应力-应变曲线，验证了多尺度联合仿真分析方法的可行性。 基于上述方法，对微发泡注塑成型的汽车座椅侧护板进行了多尺度联合仿真分析，准确预测了在考虑材料各向异性、纤维取向、泡孔分布、热残留应力和熔接痕位置后，汽车座椅侧护板在静载、模态、碰撞工况下的服役性能。通过建立气泡-纤维-基体三相共存的代表性体积单元(RVE)模型，探讨了微观尺度上的结构参数对复合材料宏观力学性能的影响规律。 以射出压力、保压压力、充填时间、保压时间、塑料温度、模具温度、发泡体积百分比、初始气体浓度和冷却时间为设计变量，以汽车座椅侧护板在静载工况下的最大应力值、模态工况下的第七阶模态频率、碰撞工况下的吸能量和侧护板的总重量为优化目标，基于拉丁超立方实验设计和多尺度联合仿真技术获取的样本点，建立了设计变量与优化目标的Kriging代理模型，并完成了工艺参数对服役性能的灵敏度分析和影响规律分析。 依据构建的Kriging模型，分别采用NCGA和NSGA-Ⅱ两种多目标优化算法，对微发泡注塑成型工艺参数进行寻优，得到了相同的最优工艺参数组合，使得汽车座椅侧护板在重量减轻的同时，仍保持优越的综合力学性能，并通过与仿真结果的比较，验证了优化结果的有效性。 |
| 作者： | 王星星 |
| 专业： | 汽车电子工程 |
| 导师： | 郭巍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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