【摘要】：隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,能源、環(huán)境問題日益突出,目前輕量化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效手段之一。汽車輕量化設(shè)計(jì)是在滿足結(jié)構(gòu)耐撞安全性能等前提下盡可能的減輕汽車自重。一方面,拓?fù)鋬?yōu)化作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種最重要手段,能夠在滿足耐撞性要求下實(shí)現(xiàn)最大減重或者在質(zhì)量一定情況下極大提高結(jié)構(gòu)的耐撞性。另一方面,薄壁結(jié)構(gòu)不僅質(zhì)輕,而且能夠通過折疊變形吸收大量的能量,具有良好的吸能特性。為此,本文深入研究拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)方法,結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化和薄壁結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)勢(shì),利用拓?fù)鋬?yōu)化方法進(jìn)行典型薄壁結(jié)構(gòu)的耐撞性設(shè)計(jì)。首先本文考慮非線性優(yōu)化問題,提出了一種基于單元能量的拓?fù)鋬?yōu)化方法。該算法是基于能量和質(zhì)量之間的兩個(gè)假設(shè):(1)總質(zhì)量一定情況下,吸能多的地方應(yīng)該分配更多的質(zhì)量;(2)質(zhì)量變化足夠小時(shí),吸能與質(zhì)量成線性關(guān)系。算法以結(jié)構(gòu)吸能為目標(biāo)、質(zhì)量或位移為約束,以單元的能量響應(yīng)信息進(jìn)行單元厚度的更新,避開了傳統(tǒng)優(yōu)化方法在解決非線性優(yōu)化問題時(shí)需要梯度求導(dǎo)計(jì)算靈敏度的困難。然后將提出的拓?fù)鋬?yōu)化方法與變厚度軋制(Tailor Rolled Blank,簡(jiǎn)稱TRB)技術(shù)相結(jié)合,考慮制造工藝約束,進(jìn)行汽車上典型結(jié)構(gòu)件的變厚度設(shè)計(jì)。在準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎工況下,通過仿真與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)標(biāo),驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性。在確保有限元模型正確的基礎(chǔ)上,采用本文提出的優(yōu)化方法進(jìn)行了汽車B柱的耐撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步說明該方法的可行性,選擇汽車保險(xiǎn)杠進(jìn)行耐撞性設(shè)計(jì)。結(jié)果表明,相同質(zhì)量的情況下,優(yōu)化后汽車B柱和汽車保險(xiǎn)杠的吸能性能均得到大幅提升。接下來將提出的拓?fù)鋬?yōu)化方法與多胞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合,進(jìn)行矩形多胞管的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先在準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎工況下,對(duì)考慮加載歷程、不考慮加載歷程和施加過濾策略三種方案下的矩形多胞管進(jìn)行耐撞性優(yōu)化,優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的吸能分別提高了17.5%、53%和30.4%,且后兩種優(yōu)化得到了明顯的拓?fù)錁?gòu)型。為了進(jìn)一步研究不同工況對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響,針對(duì)相同模型,在橫向沖擊載荷下進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。與準(zhǔn)靜態(tài)工況相比,橫向沖擊工況下優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有不一樣的拓?fù)錁?gòu)型�？紤]到汽車的正碰工況,針對(duì)軸向動(dòng)態(tài)沖擊工況下矩形多胞管進(jìn)行耐撞性設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步驗(yàn)證算法和結(jié)果,應(yīng)用現(xiàn)有的混合自動(dòng)細(xì)胞機(jī)(Hybrid Cellular Automata,簡(jiǎn)稱HCA)優(yōu)化算法在相同載荷和變形位移情況下,進(jìn)行相同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。兩種方法優(yōu)化后得到了幾乎相同的多胞構(gòu)型。充分說明了該優(yōu)化方法的正確性和用于多胞結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)的有效性。
【圖文】：

基于拓?fù)鋬?yōu)化的薄壁結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計(jì)010”概念車都大量使用鋁合金材料。奧迪公司在全世的 ASF 汽車，如圖 1.1 所示，其車身與強(qiáng)度和剛度相0%。目前很多車型如奧迪 A8、捷豹 XFL、特斯拉等質(zhì)合金，輕質(zhì)非金屬材料比如塑料和碳纖維復(fù)合材料加，它具有柔韌性好、耐磨耐腐蝕、生產(chǎn)成本低、可車自重，，增加有效載荷，多用在儀表盤、汽車保險(xiǎn)杠復(fù)合材料具有良好的抗疲勞和耐腐蝕性能、比強(qiáng)度和點(diǎn)，預(yù)計(jì)用于制造汽車車身、底盤等主要結(jié)構(gòu)

圖 1.2 激光拼焊板技術(shù)圖 1.3 變厚板軋制技術(shù)化是在保證結(jié)構(gòu)安全性能滿足設(shè)計(jì)要求的前提下通過相結(jié)合來減輕結(jié)構(gòu)的重量，而不能以犧牲汽車安全性車發(fā)展需要解決的首要問題，一直是科研工作者們研
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U462

【參考文獻(xiàn)】

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4 馬鳴圖;易紅亮;路洪洲;萬鑫銘;;論汽車輕量化[J];中國(guó)工程科學(xué);2009年09期

5 葉永亮;羊軍;傅強(qiáng);;車身正面碰撞傳力路徑設(shè)計(jì)探討[J];上海汽車;2009年04期

6 劉齊茂;唐咸遠(yuǎn);;基于滿應(yīng)變準(zhǔn)則的受應(yīng)力約束三維彈性體拓?fù)鋬?yōu)化[J];機(jī)械設(shè)計(jì);2006年04期

7 陳繼華,隋允康,杜家政;基于滿應(yīng)力準(zhǔn)則的膜結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年02期

8 隋允康,彭細(xì)榮;結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化ICM方法的改善[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2005年02期

9 羅震,陳立平,黃玉盈,張?jiān)魄?連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J];力學(xué)進(jìn)展;2004年04期

10 郭旭,趙康;基于拓?fù)涿枋龊瘮?shù)的連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2004年05期

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3 葉紅玲;連續(xù)體結(jié)構(gòu)靜力拓?fù)鋬?yōu)化方法與軟件開發(fā)[D];北京工業(yè)大學(xué);2005年

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5 左孔天;連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化理論與應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2004年

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3 王春會(huì);連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[D];西北工業(yè)大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2695159