文档介绍：天津大学
硕士学位论文
基于多材料结构的汽车车身轻量化设计与研究
姓名:邳薇
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:王树新
20070101
摘要关键词:汽车,车身结构,有限元,优化设计,轻量化,多材料结构减轻汽车重量可以显著提高汽车燃油经济性,从而节约能源并减少排放。本文研究基于多种材料结构的汽车车身轻量化设计方法。多材料结构轻量化车身设计的核心思想是,合适的材料用于车身合适的部位。文中以汽车车身为研究对象,应用有限元分析和现代结构优化设计等技术,综合考虑车身重量和材料成本两个设计目标,计算得到各种材料在车身的合理的应用部位,研究得到合理、系统的多材料结构轻量化车身设计方法。本文主要内容如下:首先在系统分析车身结构概念设计阶段特点的基础上,建立了车身结构参数化有限元模型,对车身结构在静态弯曲和扭转工况下的变形状况进行了有限元分析;建立了模态分析模型,使用模态分析技术对车身结构的动态特性进行了研究。以车身重量作为优化目标函数,以车身骨架梁单元截面参数为设计变量,以整车弯曲刚度和扭转刚度作为约束条件,建立车身结构优化设计数学模型。应用试验设计技术陨杓票淞拷猩秆。佣ù蟮募跣×擞呕扑愕慕馓夤模。计算得到单一钢材料车身和单一铝材料车身的结构优化参数。提出一种车身材料和结构组合多目标优化的方法,同时为车身的每一个部件确定最为合适的材料和结构尺寸。为材料分配唯一的标识编码,把车身所用材料直接作为设计变量,并且和车身部件截面参数一起构成设计变量空间。考虑车身重量和材料成本两个目标以及刚度约束,建立了车身材料及结构组合优化问题的数学模型。应用多目标遗传算法进行求解,完成多材料结构车身轻量化优化设计,并对单一材料车身和多材料车身优化结果进行了对比分析。本文研究表明,相对于单一材料的车身结构,优化后的多材料的车身结构设计能够实现在减少单位质量时增加更小的成本。应用本文提出的多材料结构车身设计方法,可以在具有良好的结构性能的同时,实现车身的轻量化设计和低成本。
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学位论文作者签名:砷薇学位论文作者签名:丕砷年隆学位论文版权使用授权书独创性声明或撰写过的研究成果,也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构的学位或年抡既特授权苤鲞盘堂一可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行本学位论文作者完全了解鑫洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定签字日期:如订年抡本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。作了明确的说明并表示了谢意。签字日期:索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄋ得日导师签名:
第一章绪论课题研究背景及意义近年来,世界汽车保有量与日俱增,正以越来越大的影响力改变着人们的工作与生活。但随之而来的能源短缺、环境污染等一系列问题也日益突出。另外,随着人们对汽车安全性、舒适性、环保性能要求的提高,汽车安装空调、安全气囊、隔热隔音装置、废气净化装置、卫星导航系统等越来越普及,这无形中增加了汽车的质量、耗油量和耗材量。节约能源、减少环境污染成为世界汽车工业界亟待解决的两大问题。着眼于长远的可持续发展,减轻汽车质量、降低燃油消耗和减少排放污染的任务就显得尤为迫切,节能成为汽车工业发展的核心问题,汽车轻量化成为世纪汽车技术的前沿和热点【怠为达到上述目的,世界主要汽车制造商一方面从设计着手提高发动机的效率,减少行驶阻力,改善传动机构效率,另一方面就是汽车的轻量化。据统计,汽车每减重%,油耗可降低ィ%3瞪碜魑F档闹匾W艹桑渲柿空计车总质量的%ィ虼顺瞪淼那崃炕杂谡档那崃炕鹱啪僮闱嶂氐淖用。我国年汽车保有量约万辆,年预计将达到万量,可见汽车减重对节能、改善环境的意义十分巨大。汽车的轻量化不仅可以减小汽车的滚动阻力,加速阻力和爬坡阻力、降低燃油消耗,而且也有利于改善汽车的转向、加速、制动和排放等多方面的性能,同时还可以降低噪声、振动,为实现大功率化创造条件。减轻汽车自重是节约能源和提高燃料经济性的最基本途径之一,汽车车身的轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用,汽车车身的轻量化问题已经成为国内外汽车工业的重要研究课题。工业发达国家在汽车轻量化研究方面的发展是较快的,预计世纪的轿车平均自重约为年代初的一半。我国在汽车轻量化研究方面还处于起步阶段,与发达国家相比,还有明显的差距。因此,我国汽车工业要迅速缩小与世界发达国家的差距,就必须在引进、消化、吸收国外先进技术的同时,大力发展汽车轻量化的研究,使我国的汽车工业在全球经济化的激烈竞