多材料結(jié)構(gòu)汽車車身輕量化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、車身輕量化是提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性、減少尾氣排放、節(jié)約材耗的有效手段。采用輕量化材料是汽車車身輕量化的重要途徑。相對于單一材料車身而言，多材料車身可以充分發(fā)揮不同材料的性能、成本優(yōu)勢，為車身各個(gè)零部件選擇合適的制造材料，從而在性能和成本約束下，實(shí)現(xiàn)較好的輕量化效果。本文以汽車車身為對象，基于合適材料用于合適部位的設(shè)計(jì)理念，綜合考慮車身結(jié)構(gòu)性能、質(zhì)量和成本，研究多材料車身輕量化設(shè)計(jì)方法。論文主要研究內(nèi)容和成果如下： 1.汽車車身結(jié)構(gòu)性

2、能分析及參數(shù)靈敏度計(jì)算。采用有限元方法仿真分析了車身靜態(tài)剛度和整車正面碰撞性能，通過車身剛度和碰撞響應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)靈敏度分析，辨識(shí)了對剛度和正面碰撞響應(yīng)影響較大的關(guān)鍵零部件；根據(jù)車身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和功能，將車身分解為大型板殼結(jié)構(gòu)部件和薄壁梁結(jié)構(gòu)部件兩大類，針對兩類車身部件提出了相應(yīng)的優(yōu)化選材策略。 2.面向輕量化的車身板殼類部件優(yōu)化選材與設(shè)計(jì)。以車門選材和設(shè)計(jì)為范例，提出針對車身大型板殼類零部件輕量化設(shè)計(jì)的選材方法。首先提出了一種同時(shí)考

3、慮車門側(cè)面擠壓碰撞、剛度、固有頻率以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量等多個(gè)準(zhǔn)則的汽車車門優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，采用該方法對采用各種材料的車門結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化；然后在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)行成本分析；最后綜合考慮質(zhì)量和制造成本，采用價(jià)值函數(shù)理論對車門進(jìn)行優(yōu)化選材。該方法對其它車體大型板殼類零部件的選材和設(shè)計(jì)具有普適性。 3.基于材料性能指數(shù)的車身薄壁梁部件優(yōu)化選材與設(shè)計(jì)。構(gòu)建了車身薄壁梁部件材料性能指數(shù)的精確模型，替代基于簡單結(jié)構(gòu)形狀建立的傳統(tǒng)模型，該指數(shù)可用來量

4、化分析車身薄壁梁部件中輕質(zhì)材料替代傳統(tǒng)鋼材的輕量化效果。分析了材料性能指數(shù)對選材的影響?；趦r(jià)值函數(shù)理論和材料性能指數(shù)，提出了薄壁梁部件材料選擇方法。在計(jì)算與驗(yàn)證各薄壁梁部件材料性能指數(shù)的基礎(chǔ)上，對車身薄壁粱部件進(jìn)行材料優(yōu)選，實(shí)現(xiàn)了以僅增加14.3$(約7％)的材料成本，比原車身減輕質(zhì)量30.9kg的效果。 4.車身材料與結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法將車身材料類型和零件厚度同時(shí)作為設(shè)計(jì)變量，建立了車身材料與結(jié)構(gòu)組合優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模