【摘要】：通過(guò)三個(gè)“五年科技創(chuàng)新計(jì)劃”和“產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新工程”的支持,我國(guó)純電動(dòng)汽車的發(fā)展取得了突破性的進(jìn)展,純電動(dòng)汽車作為一種新的出行方式使得城市出行更為節(jié)能、安全、環(huán)保和便捷。小型化、輕量化的純電動(dòng)汽車將成為我國(guó)汽車發(fā)展的重要方向,因此專門針對(duì)小型純電動(dòng)車的車身骨架進(jìn)行輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。本文以全新設(shè)計(jì)的單排兩座小型純電動(dòng)汽車為目標(biāo)車型,針對(duì)其特殊的骨架式全鋁車身結(jié)構(gòu),綜合考慮車身靜態(tài)剛度特性、模態(tài)性能和正面碰撞安全性能等不同學(xué)科的多個(gè)響應(yīng)目標(biāo),對(duì)車身進(jìn)行了輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究,研究的主要內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:(1)對(duì)多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本理論進(jìn)行了論述,首先對(duì)5種不同的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹,其次對(duì)3種不同近似模型的建立方法進(jìn)行了對(duì)比,最后對(duì)常用的4種優(yōu)化算法進(jìn)行了闡述,為后續(xù)車身多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。(2)對(duì)純電動(dòng)汽車整車有限元建模方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述,重點(diǎn)介紹了零部件的簡(jiǎn)化原則、網(wǎng)格劃分的細(xì)節(jié)及質(zhì)量要求、部件連接方式的模擬、材料屬性的定義、接觸的設(shè)置等建模要求及方法,完成了整車模型的模塊化管理,建立了車身剛度和整車正碰有限元模型。(3)運(yùn)用試驗(yàn)和仿真的方法對(duì)車身靜態(tài)彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度特性、模態(tài)性能以及整車正面碰撞安全性能進(jìn)行了分析,并將試驗(yàn)和仿真的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明,車身剛度及整車正碰有限元模型精度符合要求,驗(yàn)證了車身剛度有限元模型的準(zhǔn)確性及整車碰撞模型的有效性。提取了表征車身靜、動(dòng)態(tài)剛度特性和碰撞安全性能的關(guān)鍵參數(shù),確定了需要優(yōu)化的響應(yīng),為后續(xù)車身結(jié)構(gòu)的輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持。(4)在對(duì)車身進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中,合理的選取設(shè)計(jì)變量可提高優(yōu)化效率。利用哈默斯雷試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法生成了100個(gè)均勻分布的樣本點(diǎn),結(jié)合主效應(yīng)分析方法對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析,最終選取了車身28個(gè)部件的厚度作為多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的耦合設(shè)計(jì)變量,并利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建了車身剛度及模態(tài)的近似模型,利用克里金方法構(gòu)建了車身正碰的近似模型。(5)基于優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件Hyperstudy,結(jié)合建立的車身剛度、模態(tài)及正碰近似模型,使用全局響應(yīng)面優(yōu)化算法,以車身質(zhì)量最小為優(yōu)化目標(biāo),選取車身彎扭剛度、一階固有頻率、正碰B柱加速度峰值作為約束指標(biāo),對(duì)車身進(jìn)行輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì),并對(duì)優(yōu)化前后車身的基本性能進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明優(yōu)化后的車身結(jié)構(gòu)在剛度、模態(tài)以及正碰等方面的性能均有所提高,車身減重5.13kg,車身輕量化系數(shù)降低了19.2%,輕量化效果明顯,充分驗(yàn)證了本文建立的車身輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：湖北汽車工業(yè)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U469.72;U463.831
【圖文】：

汽車 CO2及各種污染物的排放，是全球應(yīng)對(duì)能源和環(huán)境問(wèn)題最重要的舉措之來(lái)，在國(guó)家政策的引導(dǎo)下，作為新能源汽車的重要組成部分，電動(dòng)汽車被逐展起來(lái)。我國(guó)政府在 2015 年發(fā)布的《中國(guó)制造 2025》、2016 年發(fā)布的投資十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等各項(xiàng)政策中，均將新能源汽車確展產(chǎn)業(yè)。2017 年，我國(guó)新能源汽車銷量達(dá)到 77.7 萬(wàn)輛，累計(jì)保有量達(dá)到 160數(shù)據(jù)均占到全球的 50%[2]，成為全球最大的新能源汽車市場(chǎng)。在取得巨大突電動(dòng)汽車的安全性也上升到了一個(gè)前所未有的高度，與傳統(tǒng)汽車相比，電動(dòng)安全性具有其特殊的一面，主要體現(xiàn)在：大質(zhì)量車載電源的存在對(duì)電動(dòng)汽車出了更嚴(yán)格的要求；動(dòng)力電池的高壓系統(tǒng)存在潛在的觸電和起火等隱患[3]。交通事故調(diào)查顯示，在碰撞事故中汽車不同部位發(fā)生碰撞的概率不同，如圖車正面碰撞的概率大約占碰撞事故總數(shù)的 56%，目前電動(dòng)汽車的安全性問(wèn)制約其發(fā)展的重要因素，對(duì)電動(dòng)汽車的正面碰撞安全性進(jìn)行研究具有重要的

而且優(yōu)化結(jié)果的可靠性得到了保證。一般針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)性的工程問(wèn)題進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)的基本流程如圖2.1 所示。2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法試驗(yàn)設(shè)計(jì)（Design of experiments）是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)為理論基礎(chǔ)，研究輸入變量與輸出響應(yīng)之間關(guān)系的一種設(shè)計(jì)方法[31]。有效的科學(xué)試驗(yàn)必須結(jié)合科學(xué)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，獲得能反映設(shè)計(jì)空間特性的有限個(gè)樣本點(diǎn)，然后尋找影響試驗(yàn)指標(biāo)的可能因素，通過(guò)分析得到理想的試驗(yàn)結(jié)果以及科學(xué)的結(jié)論。利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法有效地對(duì)科學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)主要包括試驗(yàn)計(jì)劃、試驗(yàn)過(guò)程以及結(jié)果分析三個(gè)階段。首先在試驗(yàn)計(jì)劃階段，需要確定研究的響應(yīng)以及對(duì)響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生影響的因素，提取因素的水平，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案并生成試驗(yàn)矩陣；其次在試驗(yàn)過(guò)程階段即按照設(shè)計(jì)的試驗(yàn)矩陣去運(yùn)行，從而得到所需的樣本點(diǎn)；最后對(duì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)所得到的主效應(yīng)圖、相

圖 2.2 正交試驗(yàn)點(diǎn)的空間分布計(jì)Central Composite Design，CCD）方關(guān)系進(jìn)行評(píng)估的試驗(yàn)中，可以模擬響簡(jiǎn)單、試驗(yàn)次數(shù)少、預(yù)測(cè)性能好等特心組合設(shè)計(jì)需要的試驗(yàn)次數(shù)服從以下的全因子試驗(yàn)+2k 次的星點(diǎn)設(shè)計(jì)+nc次計(jì)對(duì)三因素三水平的試驗(yàn)進(jìn)行研究，.3 所示；

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2765849