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车身铝合金型材断面自动优化程序开发
| 论文题名： | 车身铝合金型材断面自动优化程序开发 |
| 关键词： | 汽车车身;轻量化设计;铝合金型材;断面优化;程序开发 |
| 摘要： | 新能源车的出现虽然大大减轻了环境压力，但是续航里程是其亟待解决的重要问题之一。研究表明，减轻汽车质量可以有效增加新能源汽车的续航里程，因此轻量化在新能源汽车行业有着举足轻重的作用。为了满足车辆综合性能的同时尽可能减轻整车质量，新能源车身多采用铝合金材料。在对铝合金车身进行轻量化设计时，其重难点在于整体结构和型材断面参数的确定。本文针对典型车身门槛梁进行断面优化，基于二次开发语言TCL/TK及Python开发了一款针对铝合金型材断面优化的程序，后续可推广至所有型材的优化，具体研究内容和得出的结论如下： （1）分析新能源典型车型中门槛梁的组成构造以及整车工作时门槛梁在力的传递路径上起到的作用，提取出在工作情况下门槛梁较为常见的工况：三点弯曲和压溃工况，并进行受力分析，以评估其抗弯性和抗压性。建立门槛梁的有限元模型，对其指定工况进行仿真分析，获取弯曲力-位移曲线图以及压溃力-位移图，提取出最大弯曲力、最大压溃力和压溃能。 （2）对现有的轻量化中的优化方法进行研究分析后，对门槛梁进行拓扑优化，目标为重量最轻，约束条件为断面的最大弯曲力、最大压溃力和柱向应变能大于某定值，设计变量为整个型材的单元密度，优化后得到门槛梁大致形状。使用ARSM自适应响应面法对其进行形状及尺寸优化得到精细化断面，其中设计变量为筋板厚度，部分筋板连接节点坐标（x，y），约束条件为单位长度断面动态压溃能、最大压溃力和平均压溃力等，断面单位长度抗弯力。 （3）基于HyperWorks平台，利用二次开发语言TCL/TK及Python脚本语言，针对该门槛梁的自动优化进行了二次开发，包括建立三点弯曲和压溃吸能有限元模型、划分网格、生成材料和优化分析过程。根据用户使用时的多项原则确立简明易且于维护的使用界面，最终调用HyperStudy编写的执行文件对数据进行处理，并输出最终优化断面，实现了门槛梁指定工况下的优化流程自动化，为新能源车身轻量化提供了新的研究思路。 （4）应用所开发程序对典型门槛梁界面进行自动优化，在满足自定义的边界条件下，应用程序对优化好的断面进行再次优化，设计了两个方案优化断面，分别减重11.95%，10.47%。基于该程序，选优另一典型断面进行优化，减重24.4%，以此验证了程序的实际应用性能。 |
| 作者： | 朱玺蓉 |
| 专业： | 工程(车辆工程) |
| 导师： | 雷刚;肖攀 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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