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基于侧碰的B柱复合材料加强件耐撞性能分析与优化设计
| 论文题名： | 基于侧碰的B柱复合材料加强件耐撞性能分析与优化设计 |
| 关键词： | 汽车碰撞;B柱;复合材料;拓扑优化;多目标优化 |
| 摘要： | 汽车的侧面碰撞是各类碰撞类型中造成损失最严重的工况之一，而汽车B柱作为侧面碰撞中抵抗冲击和传递载荷的关键部件，其在碰撞中的变形程度和变形模式将直接影响乘员的损伤程度。因此，对汽车B柱的耐撞性能展开研究。但随着汽车节能减排法规的日渐严格，人们对汽车轻量化的重视程度也不断提高。因此，单纯使用高强度钢，使B柱的耐撞性能和轻量化效果同时符合要求已很难实现。为此，本文提出利用玻纤尼龙复合材料配合高强度钢展开对B柱的研究。主要研究内容和成果如下： 1、B柱玻纤尼龙复合材料加强件的性能分析。参考C-NCAP搭建整车侧面碰撞模型，并验证模型的可靠性。之后根据玻纤尼龙复合材料的工艺特点和研究车型B柱的空腔特点，设计出玻纤尼龙复合材料加强件的初步方案。并通过整车侧面碰撞模型对比玻纤尼龙复合材料加强件和原钢材方案B柱的耐撞性能，从而证明出玻纤尼龙复合材料加强件在汽车B柱安全和轻量化上的优越性能。 2、B柱玻纤尼龙复合材料加强件的拓扑优化设计。为降低玻纤尼龙复合材料加强件的原料成本和实现加强件的轻量化设计，对玻纤尼龙复合材料展开拓扑优化。利用简化侧面碰撞模型搭建拓扑优化模型，通过LS-TaSC软件对玻纤尼龙复合材料加强件进行拓扑优化计算，基于拓扑优化的结果及加强件的加工工艺设计出玻纤尼龙复合材料加强件的新方案。 3、B柱玻纤尼龙复合材料加强件新结构尺寸与结构参数的灵敏度分析。通过部分因子法进行试验设计得到设计变量对各响应变量的灵敏度，之后经过归一化处理，得到设计变量对响应变量的综合灵敏度，由此筛选出7s加强板的位值参数、h1区域的厚度、h2区域的厚度、h3区域的厚度、h5区域的厚度五个对玻纤尼龙复合材料加强件质量和性能影响较大的设计变量。 4、B柱玻纤尼龙复合材料加强件的多目标优化。为对玻纤尼龙复合材料加强件新结构的重要参数进行优化，通过可扩展的格栅序列法进行试验设计获取样本点，之后利用Hyperstudy建立出设计变量与响应变量的近似模型，最后通过遗传算法（GeneticAlgorithm）获得各参数之间的Pareto优化解。Pareto优化解提供了多个可行性方案，在尽可能合理的情况下找出符合实际的最优解，并以此设置玻纤尼龙复合材料加强件进行整车侧面碰撞和顶压的仿真实验，结果表明，优化后玻纤尼龙复合材料加强件比原玻纤尼龙复合材料方案减重281.2g，原料成本降低35.9％后，且依旧保持了符合要求且优于原钢材方案的耐撞性能。 |
| 作者： | 赵硕硕 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 郑清春;姜超浪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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