基于6σ穩(wěn)健性的軋制差厚板車門輕量化設(shè)計.pdf

1、目前，汽車工業(yè)實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展必須解決的核心問題是節(jié)能與減排，而減輕汽車自重能有效解決這兩個問題。車門是整車的重要零部件之一，車門的輕量化設(shè)計對減輕整車重量起著舉足輕重的作用。車門的輕量化設(shè)計一般包括三個途徑:新型輕質(zhì)材料的應(yīng)用、采用新型的制造和連接工藝以及基于有限元法的車門結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)。車門在輕量化設(shè)計時，需同時滿足靜剛度和模態(tài)性能要求。本文結(jié)合新型制造工藝和基于有限元法的輕量化技術(shù)兩種方法，將軋制差厚板（TailorRolled Bl

2、ank，TRB）應(yīng)用于車門多目標(biāo)多約束的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中。而在傳統(tǒng)的車門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，制造工藝、工人操作及環(huán)境中的不確定性因素會導(dǎo)致板料厚度及材料性能參數(shù)的波動，引起車門結(jié)構(gòu)性能的波動，從而導(dǎo)致優(yōu)化設(shè)計方案超出約束邊界而缺乏可靠性，喪失實際工程可行性。因此，本文基于TRB的車門參數(shù)化設(shè)計，進(jìn)行了確定性優(yōu)化設(shè)計。并且涉及板料厚度、材料性能參數(shù)的不確定性對靜剛度和模態(tài)性能的影響，構(gòu)造了基于6σ穩(wěn)健性的車門TRB優(yōu)化設(shè)計方法。本文主要從以下幾

3、個方面展開研究:
　　1)利用有限元法對等厚板車門進(jìn)行靜剛度和模態(tài)性能分析，包括車門下沉剛度、車門窗框側(cè)向剛度、車門腰帶擠壓剛度以及自由模態(tài)分析，并通過試驗?zāi)B(tài)驗證車門有限元模型的正確性。按照車門性能評價標(biāo)準(zhǔn)，確定該車門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的必要性，并分析車門結(jié)構(gòu)的主要應(yīng)力承載區(qū)域，去除全部加強板，將TRB應(yīng)用于車門內(nèi)、外板上，并研究TRB參數(shù)化設(shè)計方法。
　　2)提出一種綜合考慮質(zhì)量、靜剛度與一階模態(tài)頻率的車門TRB確定性輕量化設(shè)

4、計方法。結(jié)合拉丁超立方試驗設(shè)計和徑向基函數(shù)(Radial Basis Function，RBF)模型構(gòu)造高精度的代理模型代替有限元模型，采用連續(xù)二次規(guī)劃算法(NLPQL)，以車門質(zhì)量最小為目標(biāo)函數(shù)，以車門下沉剛度、窗框側(cè)向剛度和腰帶擠壓剛度、一階模態(tài)頻率為約束函數(shù)，構(gòu)造了單目標(biāo)多約束的輕量化設(shè)計方法。
　　3)提出基于6σ穩(wěn)健性的車門TRB輕量化設(shè)計方法，結(jié)合拉丁超立方試驗設(shè)計和RBF模型構(gòu)造高精度的代理模型代替有限元模型，基于耦

5、合優(yōu)化過程和穩(wěn)健性分析的思想，采用蒙特卡羅模擬(Monte Carlo Simulation，MCS)和改進(jìn)型非支配遺傳算法(NSGAⅡ)相結(jié)合的雙循環(huán)優(yōu)化策略?？紤]板料厚度波動和材料參數(shù)（噪聲因素）的波動對各個約束響應(yīng)穩(wěn)健性的影響，以車門質(zhì)量最小、一階模態(tài)頻率最大為目標(biāo)函數(shù)，以車門下沉剛度、窗框側(cè)向剛度和腰帶擠壓剛度為約束函數(shù)，進(jìn)行6σ穩(wěn)健性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。與確定性優(yōu)化解相比，該方法獲得的最優(yōu)妥協(xié)解，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)車門的輕量化設(shè)計，而且