基于相对灵敏度的某纯电动车白车身轻量化研究

摘要

车身是一个由大量零部件组成的复杂的结构，是整车的重要组成部分，车身的轻量化设计可以明显降低整车的重量，使整车的性能得到提高，从而减少日趋严重的能源枯竭问题和环境污染问题。对纯电动车进行轻量化设计，不仅可以解决一些能源和环境的问题，而且能够延长纯电动车的续航里程。为贯彻可持续发展的方针，纯电动汽车车身轻量化设计是现代化汽车工业中的一项重要课题。
　　目前车身的轻量化设计主要有三种方法：结构优化、采用新材料、使用新工艺。本文以某国产纯电动车为研究对象，基于有限元分析的理论，采用尺寸优化的方式对该车身进行轻量化设计，并且通过工艺改善和修改结构的方法对扭转刚度进行了一定的优化。本文的研究内容主要有以下几个方面：
　　（1）利用 Hypermesh建立了白车身的有限元模型。为了建立精确恰当的有限元模型，本文研究和总结了有限元模型的建立原则和方法，对白车身的几何模型按照一定的原则作了清理，选择合适的单元格大小进行网格划分，然后选择合适的焊点连接方式，对各部件赋予属性，建立了车身的有限元模型。
　　（2）分析了车身的静动态刚度。阐述了弯曲刚度和扭转刚度的计算原理及方法，对计算的结果按照一定的评价标准作了分析，发现该款车身有较好的弯曲刚度，但是扭转刚度不足，这是后期结构优化的重要方向；分析了车身前6阶的模态频率的振型情况，结果表明该车身具有较好动态刚度性能，在汽车正常行驶的情况下不会发生共振问题；并且对车身的紧急制动工况和急转弯工况作了分析。
　　（3）探究了车身部件厚度对整车性能的影响。阐述了基于灵敏度优化方法的原理，选择了100个车身零件厚度作为设计变量，分析这些零件的板厚对车身弯曲刚度、扭转刚度、一阶模态频率和整车自重的灵敏度，研究发现基于直接灵敏度的分析并不能为轻量化提供很好的设计方案，需要其他的评价准则。
　　（4）基于相对灵敏度的白车身轻量化设计以及扭转刚度的优化。直接灵敏度的分析不能找出关键的轻量化设计变量，因此通过相对灵敏度的分析确定了同时对刚度和质量敏感度高的部件，最终确定了30个零件作为设计变量。然后施加约束，以车身质量最小为目标，计算出了白车身轻量化后的结构，将轻量化后的结果与原先对比发现，弯曲刚度略有降低，扭转刚度有所提高，车身质量降低；又对车身的扭转刚度进行了优化，使用工艺改善和结构修改的方式把扭转刚度提高到了同级车的水平。

目录

第1章 绪 论

1.1课题的工程应用和研究意义

1.2纯电动汽车白车身轻量化国内外发展现状

1.3本文主要研究内容

第2章 纯电动汽车白车身的轻量化方法

2.1基于结构优化设计的轻量化方法

2.2高强度轻质材料应用于轻量化

2.3全新的轻量化制造工艺

2.4有限元分析技术理论

2.5本章小结

第3章 白车身有限元模型的建立

3.1建立车身模型的原则

3.2建立车身模型的过程

3.3本章小结

第4章 白车身动静态性能分析

4.1白车身的模态分析

4.2白车身弯曲工况分析

4.3白车身扭转工况分析

4.4白车身紧急制动工况分析

4.5白车身急转弯工况分析

4.6本章小结

第5章 白车身轻量化设计及扭转刚度优化

5.1基于灵敏度的优化原理

5.2灵敏度分析前处理

5.3基于直接灵敏度的计算分析

5.4基于相对灵敏度的车身优化

5.5车身轻量化计算结果验算

5.6扭转刚度的优化方案

5.7本章小结

本文总结

参考文献

致谢