基于接头优化的车身轻量化设计及接头刚度实验装备开发

摘要

汽车产业的不断发展极大的方便了人们的出行，但同时也带来了能源危机、气候变暖、环境污染等多种问题。目前阶段，汽车轻量化是汽车降低油耗、减少碳排放的有效途径。车身接头刚度约占整车车身刚度的50-80％，其性能对整个白车身性能有着重要的影响。通过对车身接头进行结构优化来实现车身轻量化，对进行车身轻量化设计有一定的借鉴作用。而设计开发适用于测量乘用车车身接头刚度的实验装置对指导接头实验研究有着重要意义。
　　本文以某乘用车车身为研究对象，建立车身刚度分析的详细有限元模型，并总结在详细有限元模型建立过程中应注意的问题，如结构的简化处理，网格的划分与网格的质量保证等。建立用刚性单元分别替代车身各个接头的车身刚度有限元模型。通过分析建立的车身刚度有限元模型，确定研究车型的车身刚度大小并判断刚度是否合理。分别计算以刚性单元替代车身不同接头的车身模型的刚度，并通过定义全局刚度比的概念，考察车身刚度对不同接头的灵敏度。对比分析计算结果，确立车身上对整车刚度影响最大的A柱上接头为优化设计研究对象。
　　介绍结构优化的几种常用方法，并用变密度拓扑优化方法，对以六面体单元建立的A柱上接头进行优化设计。根据拓扑优化结果，建立A柱上接头的6种优化方案，并分别计算不同方案下的整车车身刚度与全局刚度比。对A柱上接头以外的车身部分零件进行车身刚度对板件厚度的灵敏度分析，选取灵敏度高与灵敏度低的板件，在保证每种接头形式所对应车身刚度不变的前提下，进行厚度优化设计，实现车身轻量化。综合考虑轻量化与刚度分析结果，确立6种方案中长加强板厚1.2mm，搭接板厚1.2mm的方案为最优方案。
　　简要介绍车身接头刚度分析理论，并选取研究车身模型的A柱上接头进行有限元分析。根据车身接头刚度分析理论，设计一套适用于测量乘用车车身接头刚度的实验装置，包括装置的机械结构设计，以及电控软件的开发，并对该装置特点进行分析。最后利用该装置对上汽通用五菱某车型车身接头进行刚度测试，并分析实验结果与仿真结果出现偏差的原因。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 车身轻量化研究进展

1.3 车身接头研究综述

1.4 本文主要研究内容

第2章 车身刚度有限元模型建立

2.1 引言

2.2 有限元基本原理与方法

2.3 白车身刚度建模

2.4 基于接头强化的车身刚度模型

2.5 本章小结

第3章 车身刚度分析

3.1 引言

3.2 车身刚度评价指标与分析理论

3.3 原车身模型刚度计算

3.4 车身刚度对不同接头的灵敏度

3.5 本章小结

第4章 基于接头结构优化的车身轻量化设计

4.1 引言

4.2 结构优化常用方法介绍

4.3 车身轻量化设计

4.4 本章小结

第5章 接头刚度数值分析与实验装备开发

5.1 引言

5.2 接头刚度分析理论

5.3 车身接头刚度仿真分析

5.4 乘用车接头刚度测量装备开发

5.5 装置特点分析

5.6 实验分析

5.7 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文及专利