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文檔簡介
1、目前,汽車工業(yè)實(shí)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(gè)問題。車門是整車的重要零部件之一,車門的輕量化設(shè)計(jì)對(duì)減輕整車重量起著舉足輕重的作用。車門的輕量化設(shè)計(jì)一般包括三個(gè)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(jì)時(shí),需同時(shí)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(jì)中。而在傳統(tǒng)的車門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中,制造工藝、工人操作及環(huán)境中的不確定性因素會(huì)導(dǎo)致板料厚度及材料性能參數(shù)的波動(dòng),引起車門結(jié)構(gòu)性能的波動(dòng),從而導(dǎo)致優(yōu)化設(shè)計(jì)方案超出約束邊界而缺乏可靠性,喪失實(shí)際工程可行性。因此,本文基于TRB的車門參數(shù)化設(shè)計(jì),進(jìn)行了確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)。并且涉及板料厚度、材料性能參數(shù)的不確定性對(duì)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(jì)方法。本文主要從以下幾
3、個(gè)方面展開研究:
1)利用有限元法對(duì)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(yàn)?zāi)B(tài)驗(yàn)證車門有限元模型的正確性。按照車門性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),確定該車門結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jì)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(jì)方法。結(jié)合拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)方法。
3)提出基于6σ穩(wěn)健性的車門TRB輕量化設(shè)計(jì)方法,結(jié)合拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)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。考慮板料厚度波動(dòng)和材料參數(shù)(噪聲因素)的波動(dòng)對(duì)各個(gè)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(jì)。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(jì),而且
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