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概念设计阶段基于P1N1植物生长算法的车身梁类截面快速设计研究
| 论文题名： | 概念设计阶段基于P1N1植物生长算法的车身梁类截面快速设计研究 |
| 关键词： | 概念设计;车身骨架;梁截面形状;简化模型;P1N1植物生长算法 |
| 摘要： | 随着汽车行业的发展以及汽车市场竞争的日益激烈，消费者对汽车强度、刚度、安全等性能要求也日益增高，概念设计阶段在整车开发过程中有着举足轻重的作用，在这阶段进行车身结构设计，对整车开发成本的降低及生产周期的缩短起着重要的作用。由于车身的截面对汽车的刚度、强度、安全等性能有直接的影响，因此在概念设计阶段对汽车车身关键截面进行合理的有效设计，对整个车身的开发过程有至关重要的意义。 本文针对在概念设计阶段对车身关键截面进行高效设计这一需求，提出了一种基于P1N1植物生长算法的截面快速优化方法。首先，结合汽车车身关键截面数据库，建立了车身骨架的梁截面简化模型并进行了误差对比分析。其次，通过多工况约束对车身简化模型进行梁截面的非对称优化设计。最终利用P1N1植物生长算法完成了对梁截面形状和厚度同步优化，实现概念设计阶段关键截面的快速设计。本文主要内容如下: (1)结合汽车车身关键截面数据库，建立了车身梁单元简化模型。在弯曲、扭转刚度、扭转模态工况下对建立的简化力学模型与有限元模型进行误差对比分析，为后文详细截面设计提供依据。 (2)对已建立的简化模型，设置矩形梁截面的相邻两边厚度为不同的变量，对梁截面进行了非对称的截面参数优化，避免了以往截面力学参数求取时将截面简化成等厚截面的主惯性积为零的不足。通过将矩形的相邻边厚度设为两个变量（剩下两条边为固定值），以及矩形的长宽，每根梁共四个参数，根据扭转模态、弯曲刚度工况、扭转刚度工况、正面碰撞简化工况、侧面碰撞简化工况、偏置碰撞简化工况六种工况进行约束，最终求得了关键梁截面的力学参数的优化值，为后面截面详细设计做铺垫。 (3)介绍了模拟植物生长算法的发展进程及应用，通过改进模拟植物生长算法得到了适用于截面优化的P1N1植物生长算法，通过提取出截面数据库中的截面节点坐标以及截面性能参数，将数据库中梁截面的节点坐标作为设计变量，导入到P1N1植物生长优化算法中进行优化，从而控制梁截面的形状及厚度。建立了基于P1N1植物生长算法的相关数学模型，并编制了相应的程序，通过算例验证了该方法的有效性。 本文研究表明:通过利用P1N1植物生长算法在概念设计阶段对车身梁截面进行快速设计的方法，有效地解决了设计早期在缺乏各种详细参数的情况下盲目进行截面设计的问题，对概念设计阶段的车身关键截面设计起到了一定的推动作用，具有较强的理论价值与工程价值。 |
| 作者： | 崔晓 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 宋凯;韦勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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