【摘要】：隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展,能源、環(huán)境問題日益突出,目前輕量化技術(shù)是實現(xiàn)節(jié)能減排的有效手段之一。汽車輕量化設(shè)計是在滿足結(jié)構(gòu)耐撞安全性能等前提下盡可能的減輕汽車自重。一方面,拓撲優(yōu)化作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的一種最重要手段,能夠在滿足耐撞性要求下實現(xiàn)最大減重或者在質(zhì)量一定情況下極大提高結(jié)構(gòu)的耐撞性。另一方面,薄壁結(jié)構(gòu)不僅質(zhì)輕,而且能夠通過折疊變形吸收大量的能量,具有良好的吸能特性。為此,本文深入研究拓撲優(yōu)化的設(shè)計方法,結(jié)合拓撲優(yōu)化和薄壁結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)勢,利用拓撲優(yōu)化方法進行典型薄壁結(jié)構(gòu)的耐撞性設(shè)計。首先本文考慮非線性優(yōu)化問題,提出了一種基于單元能量的拓撲優(yōu)化方法。該算法是基于能量和質(zhì)量之間的兩個假設(shè):(1)總質(zhì)量一定情況下,吸能多的地方應(yīng)該分配更多的質(zhì)量;(2)質(zhì)量變化足夠小時,吸能與質(zhì)量成線性關(guān)系。算法以結(jié)構(gòu)吸能為目標、質(zhì)量或位移為約束,以單元的能量響應(yīng)信息進行單元厚度的更新,避開了傳統(tǒng)優(yōu)化方法在解決非線性優(yōu)化問題時需要梯度求導(dǎo)計算靈敏度的困難。然后將提出的拓撲優(yōu)化方法與變厚度軋制(Tailor Rolled Blank,簡稱TRB)技術(shù)相結(jié)合,考慮制造工藝約束,進行汽車上典型結(jié)構(gòu)件的變厚度設(shè)計。在準靜態(tài)三點彎工況下,通過仿真與實驗進行對標,驗證模型準確性。在確保有限元模型正確的基礎(chǔ)上,采用本文提出的優(yōu)化方法進行了汽車B柱的耐撞性優(yōu)化設(shè)計。為了進一步說明該方法的可行性,選擇汽車保險杠進行耐撞性設(shè)計。結(jié)果表明,相同質(zhì)量的情況下,優(yōu)化后汽車B柱和汽車保險杠的吸能性能均得到大幅提升。接下來將提出的拓撲優(yōu)化方法與多胞結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合,進行矩形多胞管的截面優(yōu)化設(shè)計。首先在準靜態(tài)三點彎工況下,對考慮加載歷程、不考慮加載歷程和施加過濾策略三種方案下的矩形多胞管進行耐撞性優(yōu)化,優(yōu)化后結(jié)構(gòu)的吸能分別提高了17.5%、53%和30.4%,且后兩種優(yōu)化得到了明顯的拓撲構(gòu)型。為了進一步研究不同工況對優(yōu)化結(jié)果的影響,針對相同模型,在橫向沖擊載荷下進行拓撲優(yōu)化。與準靜態(tài)工況相比,橫向沖擊工況下優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)具有不一樣的拓撲構(gòu)型�？紤]到汽車的正碰工況,針對軸向動態(tài)沖擊工況下矩形多胞管進行耐撞性設(shè)計。為了進一步驗證算法和結(jié)果,應(yīng)用現(xiàn)有的混合自動細胞機(Hybrid Cellular Automata,簡稱HCA)優(yōu)化算法在相同載荷和變形位移情況下,進行相同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。兩種方法優(yōu)化后得到了幾乎相同的多胞構(gòu)型。充分說明了該優(yōu)化方法的正確性和用于多胞結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計的有效性。
【圖文】：

基于拓撲優(yōu)化的薄壁結(jié)構(gòu)耐撞性設(shè)計010”概念車都大量使用鋁合金材料。奧迪公司在全世的 ASF 汽車，如圖 1.1 所示，其車身與強度和剛度相0%。目前很多車型如奧迪 A8、捷豹 XFL、特斯拉等質(zhì)合金，輕質(zhì)非金屬材料比如塑料和碳纖維復(fù)合材料加，它具有柔韌性好、耐磨耐腐蝕、生產(chǎn)成本低、可車自重，，增加有效載荷，多用在儀表盤、汽車保險杠復(fù)合材料具有良好的抗疲勞和耐腐蝕性能、比強度和點，預(yù)計用于制造汽車車身、底盤等主要結(jié)構(gòu)

圖 1.2 激光拼焊板技術(shù)圖 1.3 變厚板軋制技術(shù)化是在保證結(jié)構(gòu)安全性能滿足設(shè)計要求的前提下通過相結(jié)合來減輕結(jié)構(gòu)的重量，而不能以犧牲汽車安全性車發(fā)展需要解決的首要問題，一直是科研工作者們研
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U462

【參考文獻】

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本文編號：2695159