基于刚度和模态的车门结构件料厚多目标优化设计研究

摘要

车门是轿车车身设计中十分重要而又相对独立的一个部件，要求其应具有足够大的强度、刚度和良好的振动性能。同时，车门轻量化又是实现车辆燃油经济性的重要措施，所以在保证车门较高刚度和低阶固有频率时，又应尽量减少车门质量。因此对车门结构进行多工况下的优化设计显得十分重要。
　　 本文围绕车门垂直刚度和一阶模态两个工况，提出一种基于多工况的车门结构多目标优化设计方法，旨在同时考虑车门垂直刚度和一阶模态两个工况的情况下，对车门零件料厚进行优化设计。论文的主要研究工作如下：
　　 (1)本文首先建立车门的垂直刚度和自由模态有限元模型，并在此基础上计算出车门结构初始设计时的垂直刚度和一阶频率值。以有限元模型为基础，对车门零件料厚进行灵敏度分析，筛选出具有优化潜力的零件料厚作为优化设计变量。
　　 (2)运用均匀拉丁方试验设计方法采集设计变量与车门垂直刚度和一阶频率的样本值，并在此基础上采用二阶响应面模型来近似设计变量与车门垂直刚度、设计变量与车门一阶频率之间的关系。通过精度检测，证明构造出近似数学模型精度较好，可以用来代替其有限元模型用于后期的多目标优化设计中。在近似数学模型的基础上建立车门结构多工况条件下的多目标优化模型。
　　 (3)采用多目标遗传算法对优化模型进行求解，得到非劣最优解集。再根据实际设计要求选取一组恰当的非劣最优解作为最终优化结果。最终优化结果使车门在质量减少的情况下，车门垂直刚度和一阶频率均满足设计要求，达到预期优化设计的目的。最后采用有限元法对优化结果进行验证，验证结果表明本研究所采用的优化方法可靠有效。