某轎車發(fā)動機罩材料-結(jié)構(gòu)一體化輕量化方法研究.pdf

1、據(jù)統(tǒng)計，截止2014年，我國機動車保有量已達到2.64億輛。隨著汽車保有量的迅猛增加，能源消耗、環(huán)境污染以及交通安全危害等問題日益凸顯，為了解決上述問題，各大汽車企業(yè)紛紛提出應對策略，其中最主要的解決措施之一就是實施汽車輕量化。汽車的輕量化就是在保證其剛度和安全性能的前提下，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量，以達到降低能耗的目的，而發(fā)動機罩作為汽車車身的主要覆蓋件之一，對整車的輕量化起著舉足輕重的作用。由于我國公路交通情況復雜，行人、電動車、

2、機動車混用道路較多，易發(fā)生行人碰撞事故，因此，在2008年，我國頒布了國標GB/T24450-2009，提出了汽車對行人碰撞保護的相關(guān)標準。2016年8月，中國汽車技術(shù)研究中心提出將在2018版C-NCAP評價標準中增加行人保護安全性能評價。因此，研發(fā)行人保護式輕量化發(fā)動機罩將成為各大汽車企業(yè)的重點研究方向之一。
　　本文以東南汽車在研SUV發(fā)動機罩為研究對象，分析了發(fā)動機罩基于靜態(tài)彎曲、扭轉(zhuǎn)、安裝變形等三種工況下的力學性能，然后

3、根據(jù)力學性能分析結(jié)果，結(jié)合拓撲優(yōu)化理論，建立了發(fā)動機罩內(nèi)板的OptiStruct優(yōu)化模型，進行了內(nèi)板拓撲優(yōu)化設計。在此基礎(chǔ)上，提出了三種輕量化方案對內(nèi)板優(yōu)化后的發(fā)動機罩進行材料輕量化設計，得到了一款新型發(fā)動機罩。依據(jù)E-NCAP V8.0評價標準，利用Radioss軟件建立了行人頭型沖擊器撞擊優(yōu)化前后發(fā)動機罩模型，對比分析仿真結(jié)果，驗證了發(fā)動機罩輕量化方案可行。通過行人頭型沖擊器撞擊試驗，驗證了發(fā)動機罩輕量化方案的有效性。主要研究內(nèi)容包

4、括：
　?。?）基于靜力學理論和有限元理論，分析了三種常見工況下原發(fā)動機罩的力學性能，并對發(fā)動機罩的內(nèi)板結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果重新設計內(nèi)板結(jié)構(gòu)以滿足分析工況的需求，但輕量化效果有限，僅降低重量2.1%；
　?。?）為了滿足企業(yè)輕量化的設計目標，針對拓撲優(yōu)化后的發(fā)動機罩內(nèi)板，選擇了高強度鋼、鋁合金以及碳纖維復合材料作為輕量化材料，設定了三種不同方案對發(fā)動機罩進行材料輕量化設計，通過對比分析材料輕量化后發(fā)動機罩的綜合力學

5、性能，最終確定采用高強度鋼的發(fā)動機罩適合公司需要，且其輕量化效果達到了12.6%；
　?。?）根據(jù)E-NCAP V8.0評價標準，分別建立了頭型沖擊器撞擊優(yōu)化前后發(fā)動機罩的有限元模型，選擇了部分撞擊點進行仿真分析，通過對比兩種仿真模型的頭部HIC，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后發(fā)動機罩的行人頭部保護效果要優(yōu)于優(yōu)化前的發(fā)動機罩；對優(yōu)化后發(fā)動機罩進行頭型沖擊器撞擊試驗，將試驗得到的 HIC值與仿真 HIC值進行對比，其吻合度較好，從而驗證了發(fā)動機罩輕量化