本文關(guān)鍵詞：基于傳力路徑剛度的汽車正碰安全性正向設(shè)計(jì)方法研究

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【摘要】：在當(dāng)代汽車工業(yè)研究中,汽車碰撞安全性能的評(píng)估和優(yōu)化是一項(xiàng)重要課題。國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)的車身設(shè)計(jì)通常采用逆向技術(shù),在進(jìn)行碰撞性能評(píng)估和優(yōu)化時(shí),主要參考對(duì)標(biāo)車型數(shù)據(jù),依靠工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì),缺乏有效的理論指導(dǎo)。正向設(shè)計(jì)則是在早期階段,根據(jù)性能目標(biāo)給出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,完成對(duì)車身結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè),指導(dǎo)詳細(xì)階段設(shè)計(jì)。由設(shè)計(jì)目標(biāo)反求結(jié)構(gòu)變量的問題屬于正向設(shè)計(jì)范疇,這種問題通常采用優(yōu)化算法迭代求解獲得最優(yōu)解,要求計(jì)算模型具備高效率和高精度的特點(diǎn)。而基于傳統(tǒng)有限元模型進(jìn)行高度非線性大變形仿真,單次計(jì)算耗時(shí)達(dá)數(shù)小時(shí),在進(jìn)行優(yōu)化迭代計(jì)算時(shí)更加耗時(shí)。因此尋求快速、可靠的車身耐撞性設(shè)計(jì)方法具有重要的工程指導(dǎo)意義和研究?jī)r(jià)值。在概念階段,針對(duì)碰撞目標(biāo)研究碰撞傳力路徑剛度匹配方法屬于正向設(shè)計(jì)問題。為尋求高效率高精度的整車碰撞仿真方法,論文提出一種多剛體碰撞模型建模、修正及計(jì)算機(jī)優(yōu)化方法。依據(jù)已通過實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)的有限元模型,提取傳力路徑部件的關(guān)鍵參數(shù)建立初始多剛體模型。為進(jìn)一步提升模型仿真精度,為碰撞仿真結(jié)果曲線定義置信度函數(shù),利用計(jì)算機(jī)反求技術(shù)對(duì)多剛體模型鉸鏈剛度進(jìn)行修正。結(jié)果表明,修正后的多剛體模型與有限元模型精度相當(dāng),且計(jì)算效率顯著提高,可用于快速評(píng)估整車正面碰撞性能�；谛拚蟮亩鄤傮w碰撞模型,結(jié)合多目標(biāo)遺傳優(yōu)化算法,根據(jù)加速度波形特點(diǎn)設(shè)置優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo),將整車變形量作為約束條件構(gòu)建優(yōu)化平臺(tái),尋求使目標(biāo)最優(yōu)的剛度縮放因子組合,得到最優(yōu)的關(guān)鍵傳力路徑剛度匹配方式。為驗(yàn)證這種匹配方式的可靠性,探討了金屬薄壁直梁結(jié)構(gòu)吸能量或碰撞平均力關(guān)于截面材料屬性、厚度及尺寸的相關(guān)性,得到針對(duì)碰撞性能的最優(yōu)傳力路徑剛度縮放因子與這三者的關(guān)系。依賴于這種相關(guān)性反求關(guān)鍵部件的材料屬性、厚度、及截面尺寸,得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,基于有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明,采用多剛體碰撞模型進(jìn)行傳力路徑剛度優(yōu)化不僅效率高,同時(shí)精度也可以得到保證。這種基于多剛體簡(jiǎn)化模型,結(jié)合工程優(yōu)化平臺(tái)進(jìn)行概念階段車身碰撞性能的優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)了車身剛度的正向設(shè)計(jì),這種方法可以提高計(jì)算效率,避免設(shè)計(jì)時(shí)的重復(fù)性和盲目性,對(duì)整個(gè)車身設(shè)計(jì)過程有很重要的指導(dǎo)意義,也有助于汽車行業(yè)形成有效的被動(dòng)安全正向優(yōu)化策略和工程設(shè)計(jì)流程。
【關(guān)鍵詞】：碰撞傳力路徑 多剛體模型 多目標(biāo)優(yōu)化 剛度匹配 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 正向設(shè)計(jì)
【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】：2016
【分類號(hào)】：U467.14
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 緒論14-22
• 1.1 課題研究的背景和意義14-16
• 1.1.1 課題的研究背景14-15
• 1.1.2 課題的研究意義15-16
• 1.1.3 課題的來源16
• 1.2 正面碰撞安全設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.1 碰撞簡(jiǎn)化模型研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 汽車車身結(jié)構(gòu)耐撞性優(yōu)化技術(shù)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排20-22
• 第2章 多剛體系統(tǒng)及汽車耐撞性相關(guān)理論22-36
• 2.1 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論22-28
• 2.1.1 參考空間及多體系統(tǒng)22-23
• 2.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和自由度23-25
• 2.1.3 剛體及鉸接體運(yùn)動(dòng)學(xué)25-27
• 2.1.4 多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)27-28
• 2.2 碰撞傳力路徑能量管理概述28-30
• 2.3 碰撞過程中的三種非線性特性30-33
• 2.3.1 幾何非線性特性30-31
• 2.3.2 材料非線性特性31-32
• 2.3.3 接觸非線性特性32-33
• 2.4 數(shù)值優(yōu)化方法簡(jiǎn)介及多目標(biāo)優(yōu)化算法概述33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-36
• 第3章 多剛體正面碰撞模型建模研究36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 建立多剛體模型的基本準(zhǔn)則36-37
• 3.3 有限元臺(tái)車模型的建立和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證37-38
• 3.4 多剛體建模原理38-42
• 3.4.1 塑性鉸概念及其剛度應(yīng)用38-40
• 3.4.2 塑性鉸參數(shù)提取方法40-42
• 3.4.3 剛體參數(shù)提取方法42
• 3.5 多剛體模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及多體系統(tǒng)集成42-45
• 3.5.1 多剛體模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)42-44
• 3.5.2 剛體間的接觸特性44
• 3.5.3 多剛體模型的求解44-45
• 3.6 多剛體碰撞模型結(jié)果驗(yàn)證及剛度修正45-51
• 3.6.1 多剛體正面碰撞模型結(jié)果驗(yàn)證45-47
• 3.6.2 計(jì)算機(jī)反求原理及多剛體模型修正47-51
• 3.7 本章小結(jié)51-52
• 第4章 正面碰撞傳力路徑剛度正向優(yōu)化設(shè)計(jì)52-62
• 4.1 引言52
• 4.2 被動(dòng)安全設(shè)計(jì)流程及正面耐撞性能設(shè)計(jì)指標(biāo)52-54
• 4.3 基于多剛體模型的傳力路徑剛度正向優(yōu)化策略54-59
• 4.3.1 車身結(jié)構(gòu)耐撞性能正向設(shè)計(jì)流程54-55
• 4.3.2 基于多剛體模型的正向傳力路徑優(yōu)化方法55-59
• 4.4 優(yōu)化結(jié)果分析59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 傳力路徑關(guān)鍵部件優(yōu)化設(shè)計(jì)62-77
• 5.1 引言62
• 5.2 厚度及材料對(duì)于金屬直梁耐撞性能的影響62-63
• 5.3 截面形狀及尺寸對(duì)于直梁耐撞性能的影響分析63-65
• 5.4 基于有限元模型的車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)65-72
• 5.4.1 傳力路徑關(guān)鍵組件剛度優(yōu)化結(jié)果分析65-66
• 5.4.2 縱梁壓潰剛度優(yōu)化方案設(shè)計(jì)66-67
• 5.4.3 縱梁抗彎剛度優(yōu)化方案設(shè)計(jì)67-69
• 5.4.4 Shotgun抗壓剛度優(yōu)化方案設(shè)計(jì)69-70
• 5.4.5 基于有限元模型的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案70-72
• 5.5 優(yōu)化結(jié)果72-76
• 5.5.1 采用方案A結(jié)果分析72-73
• 5.5.2 采用方案B結(jié)果分析73-76
• 5.6 本章小結(jié)76-77
• 全文總結(jié)與展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-84
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果84

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1 易云q;瞿爾仁;;RC橋梁的層次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法實(shí)用優(yōu)化[J];工程與建設(shè);2007年01期

2 ;[J];;年期

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1 周亞妮;基于傳力路徑剛度的汽車正碰安全性正向設(shè)計(jì)方法研究[D];湖南大學(xué);2016年

2 陳磊;基于傳力路徑的結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

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本文編號(hào)：689496