基于性能關重度及富余量的車身輕量化設計與優(yōu)化.pdf

1、安全、節(jié)能、環(huán)保是現(xiàn)代汽車技術的三大主題?？v觀汽車工業(yè)發(fā)展史，尤其是進入21世紀后工業(yè)時代，面臨著日趨嚴重的交通事故、能源短缺和碳排放問題。為了解決這些問題，世界各國政府對于汽車技術發(fā)展提出了更高的要求，如車輛安全、排放要求以及油耗要求等。汽車輕量化設計是車輛節(jié)能降耗主要途徑之一，也是國內外各個汽車制造商將它作為未來汽車技術發(fā)展的主要方向。
　　然而，各個整車廠在研發(fā)新車型時，往往將汽車安全性能標定作為整車項目的立項之本。其一是受

2、國家法規(guī)及標準的約束，如GB20071-2006，C-NCAP， E-NCAP等；其二是汽車用戶最直接關注的性能指標之一。因此，在汽車產品研發(fā)設計過程中，對于DRE，(Design Research Engineer)而言，如何在確保整車安全性能的前提下，實現(xiàn)車身輕量化設計成為了一個關鍵且棘手的問題。這是因為，車身耐撞性是汽車碰撞安全性的基石，車身輕量化是車輛節(jié)能降耗主要途徑之一，而兩者在車身結構設計時有著相互沖突的可能性。
　　

3、為了消除這種沖突的矛盾問題，本文綜述了國內外面向車身耐撞性和輕量化設計方法，總結出以碰撞過程中各個零部件產生的應變能QE為設計分析載體，針對車身關鍵部件進行結構輕量化最優(yōu)設計，并兼顧車身耐撞性設計要求。
　　首先，以整車50km/h側面碰撞工況為分析條件，依據(jù)C-NCAP管理規(guī)范2015版，建立該工況下的CAE計算模型，為后文針對車身結構作耐撞性設計與優(yōu)化分析奠定基礎。對于車體結構的耐撞性設計要求，在其碰撞過程中，將車身零部件的結

4、構靈敏度分析方法，引申為其性能關重度分析，即車身關注件對耐撞性性能的影響程度；對于車身結構的輕量化設計目標，在滿足其耐撞性的基礎上，將上述關注件的材料屈服強度?y作為優(yōu)化限值，根據(jù)實際車身碰撞過程車身部件的應力?i作為設計依據(jù)，計算出其耐撞性富余量，即主要關注件的優(yōu)化“潛力”大小。
　　其次，分析各個車身部件對整車被動安全性能中不同碰撞工況下其設計目標的影響程度或關聯(lián)程度，對整車車身結構進行約減。在實際側面碰撞仿真分析中，基于上述

5、車身結構的約減原則，采用施加速度及位移邊界條件的簡化方法，將整車CAE仿真計算模型做出了進一步地簡化。
　　最后，將基于性能關重度及富余量分析的方法應用到某型SUV側面安全性設計中，以車身質量最小作為優(yōu)化設計目標，側面耐撞性作為約束條件，進行最優(yōu)化設計?；贒PS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，采用均勻試驗設計方法，安排仿真分析試驗方案，運用多項式回歸分析方法將試驗樣本點數(shù)據(jù)進行回歸擬合，得到數(shù)學近似模型。在此基礎上，運用最優(yōu)化算法——復合形法進行