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原文传递微型客车车顶结构综合性能分析及6σ稳健性多目标优化设计

论文题名：	微型客车车顶结构综合性能分析及6σ稳健性多目标优化设计
关键词：	客车车顶结构;稳健性优化设计;多目标优化;有限元模型
摘要：	当今世界环境日益恶化，能源逐渐枯竭，轻量化已成为当前汽车工程领域关注的焦点和亟需解决的重要课题。本文对某微型客车车顶结构的抗压强度、覆雪强度、低阶模态特性和抗凹性能等综合性能进行了分析和评价，并评估了加载顺序对车顶抗压强度的影响。此外，基于6σ稳健性多目标优化设计的理论和方法，考虑板件厚度的不确定性对车顶结构各项性能的影响，开展车顶结构轻量化设计研究。　　(1)在HyperMesh中建立某微型客车的顶压有限元模型，并对建模过程进行了阐述。针对标准FMVSS216a并未规定双侧顶压加载顺序这一问题，采用先左后右和先右后左两种不同顺序的加载方式对车顶抗压强度进行有限元分析。研究结果表明，加载顺序影响顶压作用力峰值的大小，本车型先加载侧车顶结构的变形强化了后加载侧车顶结构的抗压强度。　　(2)提出了将先左后右和先右后左两种加载方式得到的四个顶压作用力峰值中的最小值作为评价依据的车顶抗压强度评价方法:若四个顶压作用力峰值中的最小值不小于车辆整备重量的3倍，则车顶抗压强度符合标准FMVSS216a，否则不符合。对于本文研究的车型，两种不同顺序的加载方式得到的四个顶压作用力峰值中的最小值为车辆整备重量的3.5倍，因此车顶抗压强度符合标准FMVSS216a。此外，对车顶结构的覆雪强度、低阶模态特性、抗凹性能进行了数值分析和评价。车顶结构综合性能分析为后续车顶结构6σ稳健性多目标优化设计提供了支撑，同时也为车顶结构设计提供了参考。　　(3)选择合适的近似模型对车顶结构各输出响应进行拟合，并检验近似模型的精度。然后基于已构建的近似模型，以顶压作用力峰值最大和设计变量总质量最小为优化目标，车顶结构的抗压强度、覆雪强度、抗凹性能、前三阶模态频率满足设计要求为约束条件，车顶结构关键结构件厚度为设计变量，采用NCGA算法进行确定性多目标优化，得到确定性多目标优化结果。　　(4)考虑车顶结构板件厚度的波动，基于近似模型，采用蒙特卡洛模拟技术对确定性多目标优化结果进行6σ质量分析，发现车顶结构的一阶模态频率F1、车顶覆雪最大下陷位移Y1，车顶抗凹最大凹陷位移Y2均未有达到6σ质量水平，需要进行6σ稳健性优化。基于近似模型，采用NCGA算法和蒙特卡洛模拟技术对确定性多目标优化结果进行6σ稳健性优化。6σ稳健性优化结果表明，车顶结构在抗压强度、覆雪强度、抗凹性能、前三阶模态频率满足设计要求的前提下，设计变量总质量M减小3.59Kg，减幅达9.6％，同时各输出响应达到6σ质量水平，响应对设计变量和不确定性因素波动的敏感性降低，稳健性得到提高。基于综合性能的车顶结构6σ稳健性多目标优化设计方法切实可行，为车顶结构轻量化设计以及汽车开发提供了参考。
作者：	周定智
专业：	机械工程
导师：	高传玉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文