【摘要】：隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,針對(duì)車身輕量化和耐撞性設(shè)計(jì)的要求日益提高。連續(xù)變厚度軋制(Tailor Rolled Blank,TRB)技術(shù)是先進(jìn)的輕量化制造工藝,有助于設(shè)計(jì)者根據(jù)結(jié)構(gòu)的承載特點(diǎn)進(jìn)行板料厚度的合理分布,實(shí)現(xiàn)汽車車身結(jié)構(gòu)的輕量化和碰撞安全性設(shè)計(jì)。變厚度B柱是典型的車身關(guān)鍵碰撞傳力結(jié)構(gòu)和吸能部件,主要由若干等厚度區(qū)和厚度過渡區(qū)構(gòu)成。然而確定其結(jié)構(gòu)的等厚度區(qū)和厚度過渡區(qū)的數(shù)量和位置存在很大的難度,屬于多維、高度非線性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題,使用傳統(tǒng)的數(shù)值優(yōu)化算法很難解決上述問題�；旌显詣�(dòng)機(jī)(Hybrid Cellular Automata,HCA)方法是解決該問題的有效方法。本文結(jié)合HCA方法和TRB的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)TRB結(jié)構(gòu)在彎曲載荷下的厚度分布優(yōu)化問題開展了一系列研究工作,本文的研究工作和創(chuàng)新性成果主要體現(xiàn)在:(1)研究了HCA方法的基本理論,基于等應(yīng)變能密度準(zhǔn)則將結(jié)構(gòu)剛度最大化的設(shè)計(jì)問題轉(zhuǎn)化為等應(yīng)變能密度的設(shè)計(jì)問題。建立了正方形薄板結(jié)構(gòu)的有限元模型,以單元厚度為設(shè)計(jì)變量應(yīng)用HCA方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),驗(yàn)證了方法的有效性。(2)開展了帽型梁準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn),建立了等厚度帽型梁和TRB帽型梁的有限元模型,將仿真與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。針對(duì)TRB帽型梁三點(diǎn)彎工況下厚度分布的優(yōu)化設(shè)計(jì),提出了一維混合元胞自動(dòng)機(jī)(One Dimension Hybrid Cellular Automata,ODHCA)方法。該方法在保證TRB結(jié)構(gòu)滿足軋制工藝的前提下,繼承了HCA不具備梯度性的優(yōu)點(diǎn),成功解決了傳統(tǒng)尺寸優(yōu)化方法效率低的問題。本文分別利用HCA方法、ODHCA方法以及代理模型的優(yōu)化方法對(duì)TRB帽型梁的厚度分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),研究結(jié)果表明:HCA方法與ODHCA方法最優(yōu)解的比吸能均比代理模型的優(yōu)化方法最優(yōu)解的比吸能高;與HCA方法相比,ODHCA方法優(yōu)化的厚度分布滿足柔性軋制工藝;與代理模型的優(yōu)化方法相比,ODHCA方法在計(jì)算效率方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。(3)為了將TRB結(jié)構(gòu)應(yīng)用到汽車B柱的設(shè)計(jì)中,提出了改進(jìn)的ODHCA方法�；诟倪M(jìn)的ODHCA方法,對(duì)汽車變厚度B柱加強(qiáng)板進(jìn)行厚度分布的優(yōu)化設(shè)計(jì),最終實(shí)現(xiàn)了汽車B柱的輕量化和耐撞性設(shè)計(jì)。ODHCA方法對(duì)變厚度B柱在車身上的應(yīng)用有很好的指導(dǎo)作用,具有理論和工程實(shí)際價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U463.82
【圖文】：

變厚度板的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)輕量化效果：與TWB板相比，TRB板的能更合理的分布不同位置的材料，具有更好的輕量化效果 如圖1.1所示，等剛度情況下，TRB板具備更優(yōu)秀的輕量化效果 圖1.1 等剛度情況下等厚度板、TWB板、TRB板的減重效果對(duì)比(2)零件力學(xué)性能：TWB板的拼焊區(qū)域存在焊縫，只能用于車身內(nèi)部支撐件的設(shè)計(jì)，而TRB板厚度連續(xù)變化，不存在焊縫，既可以用在車身內(nèi)部，也適合作為汽車表面覆蓋件 同時(shí)，由于TWB板中具有焊縫，拼焊板間存在熱影響區(qū)域，容易出現(xiàn)應(yīng)力峰值和硬度峰值[4]；而TRB板在承載過程中應(yīng)力變化更為均勻，不存在突變

與傳統(tǒng)的軋制工藝不同，柔性軋制技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)控制和調(diào)整軋輥之間的距離，使得生產(chǎn)出來的鋼板的厚度可以沿軋制方向變化，如圖1.2所示 圖1.2 連續(xù)變厚度板軋制工藝在國外先進(jìn)的汽車制造企業(yè)里，TRB結(jié)構(gòu)已應(yīng)用到車身結(jié)構(gòu)中 其中，德國的Mubea公司生產(chǎn)了大量的連續(xù)變厚度板用于車身結(jié)構(gòu)的制造，與其合作的汽車制造商主要有奔馳 奧迪 寶馬 福特 大眾 雷諾等[6] 如奔馳E級(jí)車在車身后部的 側(cè)框 結(jié)構(gòu)采用了TRB板，其兩端為薄區(qū)，中間為厚區(qū)，用來承載汽車追尾 表1.1列舉了目前TRB板在汽車上的應(yīng)用的車型 表 1.1 TRB 板在汽車車身上的應(yīng)用企業(yè) 上市車型奔馳Benz E-Klasse，Benz S-Klasse，Benz new C-class，Benz E-class寶馬 BMW5

科綜合性問題 車身部件的材料 變形和接觸均具有非線性的特點(diǎn)，同時(shí)碰撞過程的邊界條件同樣是非線性的 對(duì)于這類問題，有限元仿真通常是求解模型在平衡狀態(tài)下的偏微分方程 以線性彈簧阻尼系統(tǒng)為例，如圖2.1所示 由達(dá)朗貝爾原理可得：圖2.1 單自由度線彈簧阻尼系統(tǒng)mu cu ku p (t )(2.1)式中，p(t)為外力，它與時(shí)間t具有函數(shù)關(guān)系，m為質(zhì)量， u 為加速度，c為阻尼系數(shù)， u 為速度，k為彈簧剛度

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2758048