基于性能關(guān)重度及富余量的車身輕量化設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、安全、節(jié)能、環(huán)保是現(xiàn)代汽車技術(shù)的三大主題?？v觀汽車工業(yè)發(fā)展史，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)后工業(yè)時(shí)代，面臨著日趨嚴(yán)重的交通事故、能源短缺和碳排放問題。為了解決這些問題，世界各國政府對(duì)于汽車技術(shù)發(fā)展提出了更高的要求，如車輛安全、排放要求以及油耗要求等。汽車輕量化設(shè)計(jì)是車輛節(jié)能降耗主要途徑之一，也是國內(nèi)外各個(gè)汽車制造商將它作為未來汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向。
　　然而，各個(gè)整車廠在研發(fā)新車型時(shí)，往往將汽車安全性能標(biāo)定作為整車項(xiàng)目的立項(xiàng)之本。其一是受

2、國家法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的約束，如GB20071-2006，C-NCAP， E-NCAP等；其二是汽車用戶最直接關(guān)注的性能指標(biāo)之一。因此，在汽車產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于DRE，(Design Research Engineer)而言，如何在確保整車安全性能的前提下，實(shí)現(xiàn)車身輕量化設(shè)計(jì)成為了一個(gè)關(guān)鍵且棘手的問題。這是因?yàn)?，車身耐撞性是汽車碰撞安全性的基石，車身輕量化是車輛節(jié)能降耗主要途徑之一，而兩者在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)有著相互沖突的可能性。
　　

3、為了消除這種沖突的矛盾問題，本文綜述了國內(nèi)外面向車身耐撞性和輕量化設(shè)計(jì)方法，總結(jié)出以碰撞過程中各個(gè)零部件產(chǎn)生的應(yīng)變能QE為設(shè)計(jì)分析載體，針對(duì)車身關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)輕量化最優(yōu)設(shè)計(jì)，并兼顧車身耐撞性設(shè)計(jì)要求。
　　首先，以整車50km/h側(cè)面碰撞工況為分析條件，依據(jù)C-NCAP管理規(guī)范2015版，建立該工況下的CAE計(jì)算模型，為后文針對(duì)車身結(jié)構(gòu)作耐撞性設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析奠定基礎(chǔ)。對(duì)于車體結(jié)構(gòu)的耐撞性設(shè)計(jì)要求，在其碰撞過程中，將車身零部件的結(jié)

4、構(gòu)靈敏度分析方法，引申為其性能關(guān)重度分析，即車身關(guān)注件對(duì)耐撞性性能的影響程度；對(duì)于車身結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足其耐撞性的基礎(chǔ)上，將上述關(guān)注件的材料屈服強(qiáng)度?y作為優(yōu)化限值，根據(jù)實(shí)際車身碰撞過程車身部件的應(yīng)力?i作為設(shè)計(jì)依據(jù)，計(jì)算出其耐撞性富余量，即主要關(guān)注件的優(yōu)化“潛力”大小。
　　其次，分析各個(gè)車身部件對(duì)整車被動(dòng)安全性能中不同碰撞工況下其設(shè)計(jì)目標(biāo)的影響程度或關(guān)聯(lián)程度，對(duì)整車車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行約減。在實(shí)際側(cè)面碰撞仿真分析中，基于上述

5、車身結(jié)構(gòu)的約減原則，采用施加速度及位移邊界條件的簡(jiǎn)化方法，將整車CAE仿真計(jì)算模型做出了進(jìn)一步地簡(jiǎn)化。
　　最后，將基于性能關(guān)重度及富余量分析的方法應(yīng)用到某型SUV側(cè)面安全性設(shè)計(jì)中，以車身質(zhì)量最小作為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，側(cè)面耐撞性作為約束條件，進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)?；贒PS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，安排仿真分析試驗(yàn)方案，運(yùn)用多項(xiàng)式回歸分析方法將試驗(yàn)樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合，得到數(shù)學(xué)近似模型。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用最優(yōu)化算法——復(fù)合形法進(jìn)行