基于区域灵敏度及空间多层形貌优化技术的白车身轻量化设计

摘要

现阶段，无论是各大企业对成本的控制还是全球对节能减排的迫切需求，都说明了轻量化已经成为汽车各大技术中热门研究对象。其中汽车白车身质量占整车质量的30％～40％，这说明白车身的轻量化在整车轻量化中有着举足轻重的作用。在轻量化设计中应该在提高材料利用率及保证整车性能不受影响的前提下，最大限度的减轻白车身的质量。
　　结构优化、新工艺的应用与轻量化材料的采用是目前汽车轻量化设计的三个主要途径，其中结构的优化仍居首列，且在钣金件的轻量化中得到了广泛的研究与应用。为了更加快速有效的实现白车身结构的优化，本文提出了两个新的结构优化方法—区域灵敏度分析和空间多层形貌优化技术。
　　1.基于区域灵敏度分析的下车体模态性能提升。传统的灵敏度分析对象都是单个零部件，分析对象极少针对车身的关键区域，无法对车身的任意包含多个零件的关键区域进行直接的灵敏度分析。本文提出的区域灵敏度分析将实现汽车车身任意区域的灵敏度分析，优化对象由单一独立的零部件变为任意关键区域，更快捷有效的指导车身板件结构及厚度的更改。且以某微车下车体区域为设计变量进行区域灵敏度分析来指导其模态值的提升，有效验证了区域灵敏度的实际应用的有效性。
　　2.基于空间多层形貌优化技术的车门内板结构设计。传统的形貌优化是在确定其法向的前提下，通过指定板壳单元节点在其法向的移动量，不断调整模型的结构形状来实现形貌优化，很难同时考虑筋条在初始模型的基础上沿法向正反两个方向同时进行结构形状调整。本文提出了基于优化空间重组及灵敏度筛选机制的空间多层形貌优化技术，有效实现了零件沿法向正反两个方向进行结构形貌优化。且以某车铰链门内板的空间多层形貌优化为例着重说明了空间多层形貌优化技术在实际中的应用。
　　3.基于区域灵敏度及空间多层形貌优化的白车身轻量化设计。利用本文提出的区域灵敏度及空间多层形貌优化技术对某微车进行白车身轻量化设计，首先，建立精确的白车身有限元模型。然后，对车身各个关键区域进行提取，根据区域灵敏度分析的定义将灵敏度分析分为区域等差灵敏度分析及区域等比灵敏度分析，分别对白车身进行区域等差、区域等比灵敏度计算，对灵敏度计算结果进行综合排序。选出灵敏度值较高的前几位关键区域，对这些区域的加强板进行多层空间形貌优化，关键区域加强后应用到整车中。在以上方法的基础上再进行部件单个零部件的灵敏度分析，保证性能合格的情况下根据分析结果进行白车身的轻量化，最后把在本文方法基础上实现的白车身轻量化与传统的轻量化进行比较，并与实验结果对比。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外相关领域研究历史和现状

1.3 论文结构及主要工作

第2章 区域灵敏度及空间多层形貌优化技术方法研究及理论提出

2.1 引言

2.2. 灵敏度分析技术的基本理论

2.3 区域灵敏度分析技术方法研究及理论提出

2.4 空间多层形貌优化技术方法研究及理论提出

2.5 区域灵敏度分析及空间多层形貌优化软件简介

2.6 本章小结

第3章 基于区域灵敏度的下车体模态性能提升

3.1 引言

3.2 有限元基本理论和方法

3.3 下车体一阶模态的初步计算

3.4 基于模态的区域灵敏度分析

3.5 区域灵敏度结果综合评价

3.6 基于区域灵敏度分析结果的模态提升

3.7 本章小结

第4章 基于空间多层形貌优化的车门内板优化

4.1 引言

4.2 结构优化设计简介

4.3 基于空间多层形貌优化技术门内板的优化

4.4 本章小结

第5章 基于区域灵敏度及空间多层形貌优化技术的白车身轻量化设计

5.1 引言

5.2 白车身详细有限元模型建立

5. 3 白车身扭转刚度分析

5.4 基于白车身扭转刚度的区域灵敏度的计算

5.5 高灵敏区域的空间多层形貌优化

5.6 厚度减薄轻量化设计

5.7 扭转刚度实验验证

5.8 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文