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《湖南大学》 2012年
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基于侧碰安全性的高强度钢车身拼焊板零件设计方法研究

陈刚强  
【摘要】:传统的拼焊板零件设计主要依靠工程技术人员的经验进行“试错”设计来提高零件的综合使用性能。该方法往往耗时长、费用高,还往往难以保证拼焊板零件的实用性和可靠性,特别是对于考虑车辆耐撞性的车身拼焊板零件设计。随着有限元方法的发展和成熟,CAE技术已经广泛应用于汽车零件设计中。有限元分析方法促进了车身零件的设计效率,一定程度上避免了设计的盲目性、减少了设计成本以及缩短了车身结构的开发周期,可是有限元方法本身仅仅是一种分析手段和工具,其主要功能只是对给定的设计方案进行验证和校核,设计工作仍然离不开“试错”。因此为了充分发挥CAE技术的潜能,本文将CAE技术与优化算法相结合来提高车身拼焊板零件设计的效率与效果。因此本文主要围绕车身拼焊板零件焊缝线的确定方法、侧面耐撞性关键部件的确定手段、近似模型技术、拓扑优化方法与多目标优化方法等内容开展深入的研究。 主要研究内容如下: (1)建立了详细的汽车侧面碰撞模型并验证其正确性,然后通过改变车身主要部件的材料属性进行多次整车侧碰仿真分析,对车身各位置的侵入速度和侵入量作了详细的对比分析,研究各零部件对整车侧碰性能的贡献量。研究表明车门处和B柱部分的材料分布与匹配对车辆侧碰性能有显著的影响。 (2)开展拼焊板拉伸试验,研究焊缝对拼焊板材料性能的影响,通过试验与仿真结果的对比分析,得出共节点焊缝模型适用于刚度分析的结论。然后采用改进型的双向渐进结构优化方法,开发出适用于多刚度和多材料拼焊板零件设计的焊缝确定系统,并集成焊缝确定系统、灵敏性分析和尺寸优化方法,提出了一套拼焊板零件设计的新方法。应用提出的方法对拼焊板车门进行优化设计,研究结果表明在保证拼焊板车门各种刚度模态性能要求下,车门系统的重量得到较大降低。 (3)开展了基于整车侧面碰撞近似模型的车身拼焊板零件优化设计工作,提出了合理的拼焊板结构设计方案,成功构造了基于响应面的近似数学模型并验证其精度,接着建立基于侧面碰撞安全性的多目标优化模型,分别运用多目标遗传算法和多目标粒子群算法对近似模型进行优化设计,从材料厚度和材料屈服强度两个层面来对车身零件进行优化。研究结果表明在车门内板和B柱上使用拼焊板结构来合理分配车身刚度能明显改善车身的变形状况,高强度钢在拼焊板零件中的应用很好地解决了车辆轻量化与碰撞安全性之间的矛盾。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:U462

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