本文關(guān)鍵詞：輕質(zhì)高強(qiáng)車體結(jié)構(gòu)概念開發(fā)與優(yōu)化研究

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【摘要】：汽車輕量化是實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)品節(jié)能減排和新能源汽車的技術(shù)關(guān)鍵,也是產(chǎn)業(yè)界難以突破的瓶頸。對(duì)于目前國內(nèi)主流電動(dòng)汽車,車身結(jié)構(gòu)往往沿用同級(jí)別傳統(tǒng)燃料汽車車身,但搭載動(dòng)力電池后導(dǎo)致產(chǎn)品續(xù)航里程無法滿足廣大需求,這是眾多電動(dòng)汽車產(chǎn)品不成功的原因之一,也是制約電動(dòng)汽車推廣的主要技術(shù)障礙。本文結(jié)合實(shí)際的微型純電動(dòng)概念車型的研發(fā),探討全新的車身結(jié)構(gòu)形式,應(yīng)用新型的輕質(zhì)材料,對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)度吸能車體結(jié)構(gòu)(Light-weight High-Strength Absorbable Framework,簡稱LHAF)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。LHAF車架結(jié)構(gòu)是指采用鋁質(zhì)骨架結(jié)構(gòu)作為承受整車大部分應(yīng)力,保證骨架架構(gòu)能滿足強(qiáng)度、剛度、模態(tài)和碰撞安全性等性能要求,是秉持以電動(dòng)汽車動(dòng)力電池為中心的設(shè)計(jì)理念正向開發(fā)的一種輕量化車身結(jié)構(gòu)。新型車身結(jié)構(gòu)形式開發(fā)的難點(diǎn)在于可供參考的方案和評(píng)價(jià)體系的缺乏,為此針對(duì)LHAF車身的結(jié)構(gòu)形式建立了車身數(shù)據(jù)庫,包括輕質(zhì)高強(qiáng)度吸能材料、多材料車身結(jié)構(gòu)形式,也選定了一款同級(jí)別的車型作為對(duì)標(biāo)車,采用逆向工程的方法獲取對(duì)標(biāo)車的車身數(shù)據(jù),分析對(duì)標(biāo)車白車身的模態(tài)及靜態(tài)特性。在此基礎(chǔ)下,開展LHAF車身的開發(fā)工作。首先確定整車的整體參數(shù)和總布置空間,利用拓?fù)鋬?yōu)化的方法,獲取車身概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參考,分析拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的力傳遞路徑。提出了一種逐次逼近式的拓?fù)鋬?yōu)化方法,該方法與原有方法相比,其拓?fù)浣Y(jié)果有著更易于工程化解讀的空間管架結(jié)構(gòu),也提高了計(jì)算效率。根據(jù)逐次逼近方法得出的拓?fù)浣Y(jié)果,進(jìn)行LHAF車身結(jié)構(gòu)的工程化設(shè)計(jì),利用模塊化建模的方法,分別對(duì)車體結(jié)構(gòu)的前端模塊、車門模塊、后端模塊、地板模塊和頂棚模塊進(jìn)行多方案設(shè)計(jì),最終優(yōu)選出兩種LHAF車身結(jié)構(gòu)方案。經(jīng)過對(duì)多方案的靜態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)碰撞性能分析仿真,分析不同結(jié)構(gòu)下對(duì)整車性能的影響,獲得最適合LHAF結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)方案,最終的概念方案相比對(duì)標(biāo)車,車身質(zhì)量只有對(duì)標(biāo)車的46.9%,剛度有所提升。最后對(duì)鋁合金空間框架式結(jié)構(gòu)填充泡沫鋁結(jié)構(gòu)方案作出探索,填充泡沫鋁后的優(yōu)化方案相比未填充的結(jié)構(gòu)形式,質(zhì)量基本保持不變,而加速度峰值降低46.3%。本文在提出LHAF車體結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計(jì)思路后,開發(fā)出一套滿足輕質(zhì)高強(qiáng)度吸能的車身技術(shù)方案,對(duì)純電動(dòng)汽車全鋁合金車身的開發(fā)具有重要借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：車身輕量化 正向開發(fā) 拓?fù)鋬?yōu)化 車身概念設(shè)計(jì) 輕質(zhì)高強(qiáng)度吸能車身結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U463.82
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 論文研究背景12-13
• 1.1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 輕質(zhì)高強(qiáng)度吸能材料及其在車體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究13-19
• 1.2.1 輕質(zhì)高強(qiáng)度吸能材料分類13-14
• 1.2.2 多材料車身結(jié)構(gòu)分析14-16
• 1.2.3 輕質(zhì)高強(qiáng)度材料在汽車的應(yīng)用現(xiàn)狀16-19
• 1.3 新型車身結(jié)構(gòu)概念開發(fā)研究現(xiàn)狀19-20
• 1.4 課題來源及主要研究內(nèi)容20-24
• 1.4.1 課題來源20
• 1.4.2 論文研究路線及研究重點(diǎn)20-21
• 1.4.3 論文的主要研究內(nèi)容21-24
• 第二章 LHAF車身優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及性能評(píng)價(jià)方法提出24-33
• 2.1 車身各階段的開發(fā)流程24-26
• 2.2 車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法方法研究26-28
• 2.2.1 基于逐次逼近式拓?fù)鋬?yōu)化方法的提出26-27
• 2.2.2 基于形貌優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)開發(fā)方法27-28
• 2.2.3 尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)方法28
• 2.3 LHAF車身的關(guān)鍵性能評(píng)價(jià)方法28-32
• 2.3.1 靜態(tài)載荷下的結(jié)構(gòu)變形評(píng)價(jià)28-30
• 2.3.2 基于安全性的耐碰能力30-31
• 2.3.3 車身輕量化水平31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 對(duì)標(biāo)車白車身模型建立及性能評(píng)價(jià)33-45
• 3.1 對(duì)標(biāo)車車身結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)庫建立33-37
• 3.1.1 對(duì)標(biāo)車的選用及總體性能參數(shù)33-34
• 3.1.2 對(duì)標(biāo)車車身數(shù)模數(shù)據(jù)獲取34-35
• 3.1.3 對(duì)標(biāo)車車身有限元模型的建立35-36
• 3.1.4 白車身有限元模型連接方式的處理36-37
• 3.2 對(duì)標(biāo)車結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證37-42
• 3.2.1 對(duì)標(biāo)車車身結(jié)構(gòu)理論模態(tài)分析37-39
• 3.2.2 對(duì)標(biāo)車車身結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析39-42
• 3.3 對(duì)標(biāo)車車身性能數(shù)據(jù)庫建立42-44
• 3.3.1 對(duì)標(biāo)車彎曲剛度性能分析42-43
• 3.3.2 對(duì)標(biāo)車扭轉(zhuǎn)剛度性能分析43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第四章 面向車身概念開發(fā)的目標(biāo)確定及多體動(dòng)力學(xué)分析45-58
• 4.1 LHAF車身總體設(shè)計(jì)布置方法研究45-48
• 4.1.1 LHAF車身總體參數(shù)設(shè)計(jì)45
• 4.1.2 造型設(shè)計(jì)45-46
• 4.1.3 動(dòng)力系統(tǒng)及底盤匹配設(shè)計(jì)46-47
• 4.1.4 電池布置設(shè)計(jì)47-48
• 4.2 拓?fù)湓O(shè)計(jì)空間的建立48-51
• 4.2.1 整車主要零件布置空間確定48-49
• 4.2.2 拓?fù)淇臻g建立49-51
• 4.3 基于多體動(dòng)力學(xué)分析的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)載荷的確定51-56
• 4.3.1 整車多體動(dòng)力學(xué)模型的建立51-52
• 4.3.2 虛擬試驗(yàn)工況的建立52-53
• 4.3.3 多體動(dòng)力學(xué)分析載荷數(shù)據(jù)輸出53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-58
• 第五章 LHAF車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)58-71
• 5.1 車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的基本理論研究58-60
• 5.2 車身結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的數(shù)學(xué)模型60-65
• 5.2.1 基于折衷規(guī)劃法的優(yōu)化方法研究60-62
• 5.2.2 多工況優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)62-63
• 5.2.3 碰撞工況下力的等效載荷處理63-64
• 5.2.4 拓?fù)涠喙r下的權(quán)重設(shè)置64-65
• 5.3 拓?fù)鋬?yōu)化基本有限元模型的建立65-67
• 5.3.1 幾何結(jié)構(gòu)導(dǎo)入與離散化65-66
• 5.3.2 載荷及邊界條件66
• 5.3.3 拓?fù)鋬?yōu)化的工藝約束方法研究66-67
• 5.4 基于逐次逼近的拓?fù)浞椒ㄑ芯?/span>67-70
• 5.4.1 基于整體拓?fù)浞椒ǖ牡Y(jié)果分析67-68
• 5.4.2 基于逐次逼近的拓?fù)浞椒ㄑ芯?/span>68-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 第六章 LHAF車體結(jié)構(gòu)概念開發(fā)及優(yōu)化研究71-86
• 6.1 LHAF車身概念模塊化建模規(guī)范71-72
• 6.2 LHAF車身拓?fù)浣Y(jié)果的多方案解讀72-76
• 6.2.1 車身前端模塊的拓?fù)浣Y(jié)果解讀72-73
• 6.2.2 車身側(cè)圍及后圍模塊的拓?fù)浣Y(jié)果解讀73-74
• 6.2.3 車身地板模塊及頂棚模塊的拓?fù)浣Y(jié)果解讀74-75
• 6.2.4 整車車身概念結(jié)構(gòu)多方案結(jié)果輸出75-76
• 6.3 LHAF概念車身多方案靜態(tài)特性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立方法研究76-79
• 6.3.1 LHAF概念車身多方案彎曲剛度對(duì)比分析76-77
• 6.3.2 LHAF概念車身多方案扭轉(zhuǎn)剛度對(duì)比分析77-79
• 6.4 LHAF概念車身多方案動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立方法研究79-85
• 6.4.1 概念車身多方案碰撞分析有限元模型建立79-80
• 6.4.2 概念車身多方案碰撞結(jié)果分析80-82
• 6.4.3 泡沫材料填充前端碰撞結(jié)構(gòu)應(yīng)用研究82-84
• 6.4.4 輕質(zhì)高強(qiáng)車體結(jié)構(gòu)開發(fā)思路及優(yōu)勢(shì)總結(jié)84-85
• 6.5 本章小結(jié)85-86
• 總結(jié)與展望86-88
• 研究展望87-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果91-93
• 致謝93-94
• 附件94

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