本文關鍵詞：基于正面碰撞和新材料的TB新能源汽車前縱梁輕量化

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【摘要】：隨著能源危機及環(huán)境危機的不斷加據(jù),汽車行業(yè)的發(fā)展受到了極大的影響,我國為適應時代發(fā)展需要,于2001年將新能源汽車研究項目列入國家“十五”期間的“863”重大科技課題。新能源汽車由于其車身結構和工作原理與傳統(tǒng)汽油車有著很大的區(qū)別,對車輛碰撞安全方面也提出新的要求。另一方面新能源汽車對于節(jié)能減排、提高續(xù)駛里程也有著較為迫切的需求,車身輕量化作為當今汽車工業(yè)的研究熱點對于車輛的節(jié)能減排有著重要意義。如何在保證新能源汽車碰撞安全的前提下實現(xiàn)新能源汽車的輕量化是當代科研工作需要重點研究的課題。汽車前縱梁作為一種鈑金件是車輛正面碰撞的主要吸能部件也為前艙前艙各零部件的搭載提供支撐點,其強度、碰撞時的變形量及變形速度不但決定駕駛室的變形程度而且影響前艙各零部件的安全。特別是部分純電動新能源汽車將動力電池布置在前機艙,一旦車輛發(fā)生正面碰撞,如果車輛前縱梁不能為前艙動力電池提供足夠的保護,動力電池就有被撞擠壓變形甚至發(fā)生自燃或爆炸的危險。因此進行純電動新能源汽車前縱梁輕量化設計時不但要考慮到前縱梁的吸能性能保護乘客的安全,還要考慮到前縱梁的強度保護前艙動力電池,以免碰撞后動力電池發(fā)生自燃發(fā)生危險。首先,本文根據(jù)純電動新能源汽車前艙布置動力電池的特點利用CATIA軟件建立了車輛前縱梁CAD模型,然后引入變截面拼焊板(TB)這種新生產(chǎn)工藝帶來的新材料,將原車前縱梁分段焊接的鈑金簡化成由一塊擁有3段不同厚度和材料組成的TB板,然后將CAD模型導入到HYPERWORK軟件中進行前處理,建立簡化的前縱梁正面碰撞的有限元模型。在這過程中對有限元模型建立過程中遇到的幾何清理、網(wǎng)格劃分、材料、接觸定義、沙漏控制、時間步長控制、積分算法等問題進行了深入的探討,并生成可用LS-DYNA進行有限元計算的K文件。然后,確定新能源汽車前縱梁優(yōu)化問題,以汽車前縱梁質量最輕為優(yōu)化目標,設計了一體化的車身前縱梁,以TB板三段不同位置的板厚和材料的屈服強度為設計變量,以前縱梁正碰時的前縱梁中段的變形量和前縱梁后段的加速度峰值為約束條件,并通過拉丁超立法抽樣法獲得16組試驗設計樣本點,求解后應用多項式響應面法和Kriging響應法對函數(shù)響應m、a、L進行逼近擬合。最后,利用遺傳算法對設計變量和響應函數(shù)進行優(yōu)化求解,并再次進行有限元仿真來驗證優(yōu)化結果。通過優(yōu)化,前縱梁質量降低了12.5%,但前縱梁中段新能源汽車動力電池布置處的變形量卻減小了,同時吸能效果有了明顯提升。研究表明,TB板的引入能很好的解決前縱梁吸能特性和結構強度的矛盾;Hyperworks和LS-dyna的聯(lián)合有限元仿真用于車輛正面碰撞的研究具有一定的實用價值;遺傳算法這種智能優(yōu)化算法能夠很好的解決一些復雜的工程優(yōu)化問題。
【關鍵詞】：新能源汽車 輕量化 TB板 有限元分析 遺傳算法
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.326
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 研究背景和研究意義10-12
• 1.2 新能源汽車研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 車身輕量化研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 汽車被動安全研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4.1 汽車碰撞法規(guī)16
• 1.4.2 新車安全評價規(guī)程16-17
• 1.5 本文研究內(nèi)容17-19
• 第二章 有限元分析理論基礎19-25
• 2.1 有限元法19-20
• 2.1.1 有限元法的發(fā)展現(xiàn)狀19-20
• 2.1.2 有限元法原理20
• 2.2 顯式積分法20-21
• 2.3 時間步長控制21-22
• 2.4 接觸算法22-23
• 2.5 沙漏控制23-24
• 2.6 本章小結24-25
• 第三章 TB前縱梁正面碰撞有限元模型的建立25-38
• 3.1 變截面拼焊板（TB）25-26
• 3.2 前縱梁CAD模型26-27
• 3.2.1 簡化前縱梁CAD模型26-27
• 3.2.2 應用TB板設計前縱梁27
• 3.3 有限元分析軟件的選擇27-28
• 3.3.1 HYPERWORKS27-28
• 3.3.2 LS-DYNA28
• 3.4 模型特征修復與清理28-29
• 3.5 網(wǎng)格劃分29-30
• 3.5.1 網(wǎng)格劃分準則29
• 3.5.2 前縱梁網(wǎng)格劃分29-30
• 3.6 材料屬性30-32
• 3.7 接觸、連接方式和配重32-33
• 3.8 設定剛性墻33
• 3.9 正面碰撞有限元模型仿真調試33-37
• 3.9.1 有限元模型可靠性評價34-35
• 3.9.2 仿真結果分析35-37
• 3.10 本章小結37-38
• 第四章 TB前縱梁正碰試驗設計38-48
• 4.1 TB前縱梁優(yōu)化問題描述38
• 4.2 試驗設計38-39
• 4.2.1 試驗設計思想38-39
• 4.2.2 試驗設計方法39
• 4.3 拉丁超立方試驗設計39-43
• 4.3.1 數(shù)值處理方法41-42
• 4.3.2 編碼變換42-43
• 4.4 數(shù)學代理模型43-47
• 4.4.1 多項式響應面法43-45
• 4.4.2 Kriging響應法45-47
• 4.5 本章小結47-48
• 第五章 基于變截面拼焊板的前縱梁優(yōu)化48-56
• 5.1 優(yōu)化算法48
• 5.2.遺傳算法48
• 5.3 前縱梁優(yōu)化設計48-53
• 5.3.1 優(yōu)化過程49-52
• 5.3.2 優(yōu)化結果52-53
• 5.4 優(yōu)化結果驗證53-55
• 5.4.1 前縱梁的變形53-54
• 5.4.2 前縱梁總質量、中段變形量和碰撞時的加速度曲線54-55
• 5.5 本章小結55-56
• 第六章 總結與展望56-58
• 6.1 全文總結56-57
• 6.2 研究展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻59-63
• 攻讀學位期間的論文及科研成果63

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本文編號：1122939