【摘要】：通過三個“五年科技創(chuàng)新計劃”和“產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新工程”的支持,我國純電動汽車的發(fā)展取得了突破性的進(jìn)展,純電動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、輕量化的純電動汽車將成為我國汽車發(fā)展的重要方向,因此專門針對小型純電動車的車身骨架進(jìn)行輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計顯得尤為重要。本文以全新設(shè)計的單排兩座小型純電動汽車為目標(biāo)車型,針對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)科的多個響應(yīng)目標(biāo),對車身進(jìn)行了輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計的研究,研究的主要內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:(1)對多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計方法的基本理論進(jìn)行了論述,首先對5種不同的試驗設(shè)計方法進(jìn)行了介紹,其次對3種不同近似模型的建立方法進(jìn)行了對比,最后對常用的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)計提供了理論依據(jù)。(2)對純電動汽車整車有限元建模方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述,重點介紹了零部件的簡化原則、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)用試驗和仿真的方法對車身靜態(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,并將試驗和仿真的結(jié)果進(jìn)行了對比,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)計提供了數(shù)據(jù)支持。(4)在對車身進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計過程中,合理的選取設(shè)計變量可提高優(yōu)化效率。利用哈默斯雷試驗設(shè)計方法生成了100個均勻分布的樣本點,結(jié)合主效應(yīng)分析方法對試驗設(shè)計結(jié)果進(jìn)行分析,最終選取了車身28個部件的厚度作為多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計的耦合設(shè)計變量,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),對車身進(jìn)行輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計,并對優(yōu)化前后車身的基本性能進(jìn)行對比分析。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,充分驗證了本文建立的車身輕量化多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：湖北汽車工業(yè)學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U469.72;U463.831
【圖文】：

汽車 CO2及各種污染物的排放，是全球應(yīng)對能源和環(huán)境問題最重要的舉措之來，在國家政策的引導(dǎo)下，作為新能源汽車的重要組成部分，電動汽車被逐展起來。我國政府在 2015 年發(fā)布的《中國制造 2025》、2016 年發(fā)布的投資十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃等各項政策中，均將新能源汽車確展產(chǎn)業(yè)。2017 年，我國新能源汽車銷量達(dá)到 77.7 萬輛，累計保有量達(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。在取得巨大突電動汽車的安全性也上升到了一個前所未有的高度，與傳統(tǒng)汽車相比，電動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電動汽車出了更嚴(yán)格的要求；動力電池的高壓系統(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%，目前電動汽車的安全性問制約其發(fā)展的重要因素，對電動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。一般針對復(fù)雜系統(tǒng)性的工程問題進(jìn)行多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計時的基本流程如圖2.1 所示。2.1 試驗設(shè)計方法試驗設(shè)計（Design of experiments）是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計為理論基礎(chǔ)，研究輸入變量與輸出響應(yīng)之間關(guān)系的一種設(shè)計方法[31]。有效的科學(xué)試驗必須結(jié)合科學(xué)的方法進(jìn)行設(shè)計，獲得能反映設(shè)計空間特性的有限個樣本點，然后尋找影響試驗指標(biāo)的可能因素，通過分析得到理想的試驗結(jié)果以及科學(xué)的結(jié)論。利用試驗設(shè)計方法有效地對科學(xué)試驗進(jìn)行設(shè)計主要包括試驗計劃、試驗過程以及結(jié)果分析三個階段。首先在試驗計劃階段，需要確定研究的響應(yīng)以及對響應(yīng)會產(chǎn)生影響的因素，提取因素的水平，設(shè)計試驗方案并生成試驗矩陣；其次在試驗過程階段即按照設(shè)計的試驗矩陣去運(yùn)行，從而得到所需的樣本點；最后對試驗設(shè)計所得到的主效應(yīng)圖、相

圖 2.2 正交試驗點的空間分布計Central Composite Design，CCD）方關(guān)系進(jìn)行評估的試驗中，可以模擬響簡單、試驗次數(shù)少、預(yù)測性能好等特心組合設(shè)計需要的試驗次數(shù)服從以下的全因子試驗+2k 次的星點設(shè)計+nc次計對三因素三水平的試驗進(jìn)行研究，.3 所示；

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

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本文編號：2765849