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基于多材料结构的汽车车身轻量化设计与研究
| 论文题名： | 基于多材料结构的汽车车身轻量化设计与研究 |
| 关键词： | 汽车;车身;轻量化设计;多材料结构 |
| 摘要： | 减轻汽车重量可以显著提高汽车燃油经济性，从而节约能源并减少排放。本文研究基于多种材料结构的汽车车身轻量化设计方法。多材料结构轻量化车身设计的核心思想是，合适的材料用于车身合适的部位。文中以汽车车身为研究对象，应用有限元分析和现代结构优化设计等技术，综合考虑车身重量和材料成本两个设计目标，计算得到各种材料在车身的合理的应用部位，研究得到合理、系统的多材料结构轻量化车身设计方法。本文主要内容如下： 首先在系统分析车身结构概念设计阶段特点的基础上，建立了车身结构参数化有限元模型，对车身结构在静态弯曲和扭转工况下的变形状况进行了有限元分析；建立了模态分析模型，使用模态分析技术对车身结构的动态特性进行了研究。 以车身重量作为优化目标函数，以车身骨架梁单元截面参数为设计变量，以整车弯曲刚度和扭转刚度作为约束条件，建立车身结构优化设计数学模型。应用试验设计技术(DOE)对设计变量进行筛选，从而极大的减小了优化计算的解题规模。计算得到单一钢材料车身和单一铝材料车身的结构优化参数。 提出一种车身材料和结构组合多目标优化的方法，同时为车身的每一个部件确定最为合适的材料和结构尺寸。为材料分配唯一的标识编码，把车身所用材料直接作为设计变量，并且和车身部件截面参数一起构成设计变量空间。考虑车身重量和材料成本两个目标以及刚度约束，建立了车身材料及结构组合优化问题的数学模型。应用多目标遗传算法进行求解，完成多材料结构车身轻量化优化设计，并对单一材料车身和多材料车身优化结果进行了对比分析。 本文研究表明，相对于单一材料的车身结构，优化后的多材料的车身结构设计能够实现在减少单位质量时增加更小的成本。应用本文提出的多材料结构车身设计方法，可以在具有良好的结构性能的同时，实现车身的轻量化设计和低成本。 |
| 作者： | 邳薇 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 王树新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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