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基于轿车B柱轻量化设计的耐撞性优化分析
| 论文题名： | 基于轿车B柱轻量化设计的耐撞性优化分析 |
| 关键词： | 侧面碰撞;有限元法;汽车轻量化;抗压强度 |
| 摘要： | 近年来，随着石油危机和环境污染问题日益严重，轻量化成为汽车工业的一个热点研究课题。研究数据表明当汽车质量减少10％，汽油的消耗可以相应的降低6-8％。而汽车的车身质量占了汽车总质量的大约40％，所以减少车身重量是节能环保的有效方法。同时，现在的法规也越来越重视汽车的安全性，汽车轻量化不可以盲目地减重，应该在确保汽车安全性能不受影响的前提下，最大限度地减小汽车部件的质量。因此，汽车在轻量化设计时不应该忽略其安全性。 本文首先对轻量化设计和耐撞性分析做了大量的文献研究，阐述了当今汽车工业常用的几种轻量化设计方法，介绍了一种新的轻量化技术，连续变截面轧制技术，又称为TRB(Tailor Rolled Blanks)技术。同时介绍了汽车耐撞性的国内外研究现状。概括了汽车碰撞有限元方法，并且对几种常用的试验设计方法、代理模型和优化算法也进行了简单的介绍。 按照中国新车评价法规要求建立起侧面碰撞有限元模型，并且把实车试验和仿真结果做对比，验证了模型的可靠性。接着对侧面碰撞的仿真结果进行评价和分析，根据仿真结果，选择了汽车的车门、门槛、B柱和地板对侧面碰撞结果进行灵敏度分析，结果显示B柱是在侧面碰撞发生时对B柱的侵入量和侵入速度影响最大的部件。然后按照FMVSS216法规建立起汽车的顶压仿真模型，也分析和评价了顶压仿真结果，选取了A柱、B柱、C柱和顶盖横梁对顶压结果进行灵敏度分析，分析显示B柱也是对车顶抗压强度贡献最大的部件。因此，对B柱进行轻量化设计的时候要考虑到其对侧面碰撞耐撞性和车顶抗压强度的影响。 将有限元数值模拟与均匀设计、Kriging代理模型方法结合，并利用遗传算法提出了解决汽车碰撞安全性的有效优化方法。把TRB技术应用到B柱的轻量化设计中。以B柱的质量最小为目标，将B柱侵入量、侵入速度以及车顶作用力作为约束，选取B柱的5个区域的厚度作为设计变量，得到了两种不同厚度分布的B柱结构。结果表明，TRBⅠ和TRBⅡ皆满足耐撞性，轻量化效果分别达到了36.43％和31.57％。TRBⅠ轻量化效果最佳，而TRBⅡ的结构由于过渡平滑，可靠性较好，更适合于工程实践中。 研究结果表明：通过正交试验设计的灵敏度分析，得出B柱既是影响侧面碰撞耐撞性最大的部件，也是对车顶抗压强度贡献最大的部件；结合有限元方法、均匀试验设计、Kriging代理模型和遗传算法的优化方法在汽车碰撞问题中能够取得较好的效果；此外，使用TRB结构的B柱能够达到轻量化目标的同时满足耐撞性要求。 |
| 作者： | 杨志添 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 杨济匡 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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