基于模糊多属性决策和递阶质量屋的汽车轻量化材料选择方法

摘要

目前日益严峻的能源短缺和环境污染，对汽车的节能减排提出了新的要求。研究表明，汽车轻量化是降低油耗和尾气排放最行之有效的办法。传统上将轻量化分为材料轻量化、形状轻量化、制造轻量化、设计轻量化、功能轻量化等。由于新材料的不断涌现，采取使用轻量化材料以减轻汽车质量的方法引起了越来越多技术人员的关注。采用轻量化材料替换传统材料常会导致更高的材料成本和生产成本，在市场经济时代，产品的设计和生产，必须考虑到成本问题。如何在应用轻量化材料的成本升高，和其带来的燃油经济性、环保效益之间找到一个平衡点，成了困扰开发人员的一个难题。轻量化材料的选择具有多属性，多方案的特点，材料的一些性能在满足不同的零部件设计性能目标时，还可能存在相互矛盾。这种情况适合适用多目标多属性决策方法进行解决。
　　基于“合适的材料用在合适的部位”的思想，本文采用了结合递阶质量屋和模糊折衷决策理论的材料选择方法，对汽车轻量化材料的选择进行了具体研究。通过递阶质量屋方法和模糊折衷方法结合，可以有机的将顾客需求和材料属性联系起来，并多方面、多属性分析问题，解决了传统选择方法片面、主观的缺点，提供一个合理、科学的材料选择方案。本文以车身零部件轻量化材料选择为目的，需要确定一些备选的轻量化材料。备选材料的确定首先可以搜索满足零件设计约束条件下的可行轻量化材料，这一过程可以通过材料专家系统或者工程设计人员经验进行选择，给出的备选方案是烘烤硬化钢（BH）、双相钢（DP）、高强度低合金钢（HSLA）、某5系铝合金、某6系铝合金、镁合金、碳纤维增强塑料（CFRP）、高密度聚乙烯（HDPE）等9种材料，并根据决策目标和备选材料，遵循全面性、目的性、独立性的原则，选取密度、价格、杨氏模量、抗拉强度、延伸率、成型性、连接性、涂漆性、抗腐蚀性、回收性等10种属性作为备选方案的属性。不同材料的各属性构成了决策矩阵，其中有定量的精确属性，可以通过查阅资料或调研得到；有的属性是模糊定性的，本文中通过专家打分的问卷调查专家打分。对决策矩阵进行规范化处理得到规范化决策矩阵。
　　为了合理选择材料，满足汽车零部件的顾客需求，本文选择制造性、环保性、耐久性、成本、燃油经济性、NVH、扭转刚度、抗凹陷度、弯曲刚度、抗撞性等十项顾客需求性能，并通过层次分析法两两比较得到相互重要程度。然后，采用递阶质量屋方法确定材料属性关于整体顾客满意的权重，递阶质量屋方法是一种对QFD总体框架进行分解，进一步明确层次结构的新型QFD展开方法。用规范化决策矩阵建立竞争性评估矩阵，获得材料属性的熵权重，并和材料属性关于整体顾客满意的权重结合得到综合权重，为后续的材料选择过程打下基础。
　　取得了决策矩阵和材料各属性的综合权重后，本文采用模糊折衷决策理论进行材料选择，通过计算，得到汽车顶盖、行李箱盖内板、行李箱盖外板、后翼子板、车门内板、车门外板、A、B柱、座盆等冲压零部件的最优的轻量化材料方案，并以车门外板为例展现计算的过程。选择结果表明适用于这款经济车型的零部件轻量化材料以各种高强钢板材为主，最后利用 Ashby图分析车门外板材料方案的合理性。

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目录

1 绪论

1.1 论文研究背景

1.2 轻量化材料及其在汽车零部件上的应用

1.3 论文研究目的及内容

2 模糊折衷决策

2.1 模糊多属性决策理论的基本概念

2.2 获取属性权重的方法

2.3 模糊多属性决策理论的决策方法

2.4 本章小结

3 基于递阶质量屋的材料属性权重分析

3.1 质量屋方法

3.2 基于层次分析法的权重计算

3.3 递阶质量屋方法权重计算

3.4 本章小结

4 模糊折衷决策理论材料选择方法

4.1 引言

4.2 决策矩阵的建立

4.3 决策矩阵的规范化

4.4 决策矩阵属性权重分析

4.5 材料的选择

4.6 通过Ashby图验证材料选择合理性

4.7 本章小结

5 总结和展望

5.1 总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献