多材料結構汽車車身輕量化設計方法研究.pdf

1、車身輕量化是提高汽車燃油經濟性、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，為車身各個零部件選擇合適的制造材料，從而在性能和成本約束下，實現(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計理念，綜合考慮車身結構性能、質量和成本，研究多材料車身輕量化設計方法。論文主要研究內容和成果如下： 1.汽車車身結構性

2、能分析及參數(shù)靈敏度計算。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的結構參數(shù)靈敏度分析，辨識了對剛度和正面碰撞響應影響較大的關鍵零部件；根據(jù)車身結構特點和功能，將車身分解為大型板殼結構部件和薄壁梁結構部件兩大類，針對兩類車身部件提出了相應的優(yōu)化選材策略。 2.面向輕量化的車身板殼類部件優(yōu)化選材與設計。以車門選材和設計為范例，提出針對車身大型板殼類零部件輕量化設計的選材方法。首先提出了一種同時考

3、慮車門側面擠壓碰撞、剛度、固有頻率以及結構質量等多個準則的汽車車門優(yōu)化設計方法，采用該方法對采用各種材料的車門結構進行了優(yōu)化；然后在結構優(yōu)化的基礎上，進行成本分析；最后綜合考慮質量和制造成本，采用價值函數(shù)理論對車門進行優(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計具有普適性。 3.基于材料性能指數(shù)的車身薄壁梁部件優(yōu)化選材與設計。構建了車身薄壁梁部件材料性能指數(shù)的精確模型，替代基于簡單結構形狀建立的傳統(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。在計算與驗證各薄壁梁部件材料性能指數(shù)的基礎上，對車身薄壁粱部件進行材料優(yōu)選，實現(xiàn)了以僅增加14.3$(約7％)的材料成本，比原車身減輕質量30.9kg的效果。 4.車身材料與結構組合優(yōu)化設計方法。該方法將車身材料類型和零件厚度同時作為設計變量，建立了車身材料與結構組合優(yōu)化設計數(shù)學模