【摘要】：作為一個(gè)在汽車領(lǐng)域的“發(fā)展中國家”，我國許多整車廠家很大程度上缺乏完全自主研發(fā)的能力。但隨著自主知識產(chǎn)權(quán)意識的不斷加強(qiáng)，廣大車企對自主研發(fā)的需求逐步增加。對于這一現(xiàn)狀，政府出臺(tái)了一系列針對汽車產(chǎn)業(yè)的調(diào)整規(guī)劃，特別是對自主品牌、自主創(chuàng)新的支持力度非常巨大，這也激發(fā)了民族汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。國家“十二五”發(fā)展規(guī)劃中提出了“建設(shè)原理創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新體系。推廣結(jié)構(gòu)輕量化、整車優(yōu)化、推動(dòng)汽車產(chǎn)品節(jié)能”的汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向�！捌嚳煽磕途谩踩�、節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)”與“汽車輕量化技術(shù)與工藝材料應(yīng)用開發(fā)”等汽車關(guān)鍵核心技術(shù)也被作為重大專項(xiàng)進(jìn)行科技攻關(guān)。 基于以上原因，要想真正發(fā)展我國自己的汽車工業(yè)品牌，提高國際競爭力，整車的安全性是急需提高的一項(xiàng)內(nèi)容，而抗撞性又是車輛安全中的關(guān)鍵一環(huán)。傳統(tǒng)的車身設(shè)計(jì)流程由于存在耗費(fèi)周期長，CAE分析不能有效地為前期設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)等問題。因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)及試驗(yàn)之前，提供一個(gè)比較完整充分的碰撞仿真分析作為參考是十分有必要的。然而針對車輛碰撞這類非線性程度較高、結(jié)構(gòu)自由度巨大的問題，反復(fù)的計(jì)算和修改將耗費(fèi)大量的財(cái)力和人力。因此對于這類問題，通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)構(gòu)建代理模型的方法可有效地減少計(jì)算時(shí)間，進(jìn)一步的方便抗撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地提高車身設(shè)計(jì)的效率，并滿足整車的安全性需求。另外針對詳細(xì)有限元模型構(gòu)建等效的簡化模型也是有效規(guī)避計(jì)算量的方法。簡化車身部件的基本單元是由梁、板、接頭構(gòu)成的，其中不同截面的梁占很大成分，因此應(yīng)通過對不同類型薄壁梁的幾何及力學(xué)特性的基礎(chǔ)理論分析，考慮車身結(jié)構(gòu)幾何特性、力學(xué)特性及工藝因素，對轎車碰撞參數(shù)化結(jié)構(gòu)的建模方式進(jìn)行研究，分別建立轎車車身部件的有限元模型及其相應(yīng)的參數(shù)化簡化模型，為轎車參數(shù)化結(jié)構(gòu)建模及優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。 本文依托2009年國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，2009年及2012年吉林省科技發(fā)展計(jì)劃重大專項(xiàng)的資助，以及課題組與中國第一汽車集團(tuán)技術(shù)中心車身部多年來的合作，使用自主開發(fā)的簡化車身框架結(jié)構(gòu)參數(shù)的快速優(yōu)化專用系統(tǒng)平臺(tái)，建立原結(jié)構(gòu)參數(shù)化模型及相應(yīng)的代理模型，以輕量化、高吸能性為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)車身產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)階段的快速參數(shù)化建模及基于代理模型的車身主要吸能部件的抗撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效提高模型修改及優(yōu)化的效率。主要工作包括： （1）碰撞安全性仿真理論及抗撞性優(yōu)化方法。 詳細(xì)介紹了汽車碰撞安全性仿真理論，針對非線性有限元法的適用條件進(jìn)行探討，給出了相關(guān)的運(yùn)動(dòng)方程、守恒方程和邊界條件等公式的推導(dǎo)過程，以及單元計(jì)算的單點(diǎn)高斯積分方法和沙漏現(xiàn)象。此外，重點(diǎn)針對本文所研究的基于代理模型的抗撞性優(yōu)化方法進(jìn)行研究，介紹了試驗(yàn)設(shè)計(jì)的兩種常用方法和幾種代理模型的構(gòu)建原理，并對不同構(gòu)建代理模型方法的適用范圍進(jìn)行了對比分析。最后，概述了粒子群優(yōu)化算法的基本原理和求解流程。 （2）正碰工況下基于代理模型的吸能盒結(jié)構(gòu)抗撞性優(yōu)化設(shè)計(jì)。 以車身前部抗撞部件吸能盒結(jié)構(gòu)的常見類型：方形截面薄壁錐管為研究對象，在低速?zèng)_擊工況下研究其具有最佳抗撞性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。將壓潰力效率及比吸能作為評價(jià)指標(biāo)，建立加權(quán)組合形式的多目標(biāo)優(yōu)化模型。分析并探討分布設(shè)置誘導(dǎo)槽對結(jié)構(gòu)吸能與壓潰力的影響，選擇誘導(dǎo)槽設(shè)定的可行區(qū)域。以槽的個(gè)數(shù)、非均勻分布的槽間距離及槽的深度等作為優(yōu)化參數(shù)。在根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法合理選取樣本點(diǎn)后，分別應(yīng)用三次多項(xiàng)式響應(yīng)面法及徑向基法構(gòu)建其有效代理模型，并采用粒子群法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出使結(jié)構(gòu)最優(yōu)的誘導(dǎo)槽位置分布及數(shù)量，并與對應(yīng)參數(shù)的圓形截面錐管的抗撞性進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)正方形截面的抗撞性更好。通過仿真分析驗(yàn)證該方法的有效性。研究結(jié)果證明，這種科學(xué)合理施加誘導(dǎo)槽的方式可有效提高結(jié)構(gòu)的抗撞性能，為吸能盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。 （3）側(cè)碰工況下基于代理模型的車門結(jié)構(gòu)的抗撞性優(yōu)化。 對某款轎車車門的有限元模型進(jìn)行了側(cè)碰的仿真模擬，通過能量、碰撞接觸力、變形位移及加速度的曲線分析其碰撞安全性。隨后，基于均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法結(jié)合多項(xiàng)式響應(yīng)面法，構(gòu)建了該車門結(jié)構(gòu)在特定工況下的吸能量、最大碰撞力和總質(zhì)量關(guān)于板厚參數(shù)的代理模型，采用粒子群算法對響應(yīng)面模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在對原結(jié)構(gòu)質(zhì)量和最大碰撞力分別進(jìn)行約束的情況下，給出車門主要部件厚度的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，從而有效提升車門結(jié)構(gòu)的吸能值，最大程度改善了整車的抗撞性能。 （4）六邊形截面、槽型截面混合截面薄壁梁結(jié)構(gòu)的彎曲特性分析及B柱結(jié)構(gòu)簡化模型的建立。 通過對六邊形截面及槽形截面薄壁梁的彎曲特性的研究，，基于能量守恒定律，推導(dǎo)了六邊形截面和槽型截面薄壁梁通過各條塑性鉸線耗散能量的計(jì)算表達(dá)式，得到它們的彎矩與轉(zhuǎn)角關(guān)系，即M (θ)-θ曲線。由此可以基于LS-DYNA軟件快速定義非線性轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧相關(guān)屬性，并將這種零尺寸的非線性轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧放置于B柱彎曲時(shí)產(chǎn)生塑性鉸的區(qū)域。這樣便建立了由非線性剛梁和轉(zhuǎn)動(dòng)彈簧所構(gòu)成的B柱簡化模型。通過對詳細(xì)模型與簡化模型的變形效果、位移曲線和能量曲線的比較，驗(yàn)證了簡化模型的有效性。同時(shí)為整車模型的簡化及提高其抗撞性優(yōu)化效率奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U463.82;U461.91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2417600