概念设计阶段车身接头结构优化设计研究

摘要

随着我国汽车工业的飞速发展，汽车市场的竞争也日益激烈，消费者对车身刚度、强度、耐久性和安全性的要求越来越高，这就需要在汽车的概念设计阶段采取快速有效的车身结构设计，在保证车身性能和质量的同时，又能够缩短设计周期、降低开发成本。在汽车的概念设计阶段，车身整体布置和外型尺寸往往受到车型定位和造型的限制，改动余地较小；而车身接头结构和关键截面的设计空间较大，而且接头往往是车身结构中较为重要的区域，所以在概念设计阶段尽早对接头区域等车身关键结构进行刚度设计，对于提高整个车身结构设计效率有着重要意义。
　　本文首先详细介绍了车身概念设计中的设计方法，包括有限元法、隐式参数化、接头模拟方法和概念车身建模方法，以上方法是开展车身结构概念设计的基础。通过对比其中的优劣，选择了适合本文的设计方法：隐式参数化及其建模技术。
　　其次本文在概念设计阶段对接头结构展开研究，首先开展了接头结构因素对整车性能的影响研究工作。利用参数化白车身模型，通过灵敏度分析找到敏感度最高的关键接头位置。针对接头结构控制因素：截面形状、厚度和过渡区域尺寸对整车刚度性能影响进行了DOE分析，通过主效应图直观显示两者之间的关系，研究表明相对于传统的截面力学参数值的简化方法，基于具体几何形状的研究更有实际意义。其次利用参数化接头模型研究了接头结构因素对接头刚度的影响。通过分析截面尺寸、截面力学参数、接头刚度、整车刚度的内在联系，以及根据接头在整车工况中的变形提取出的接头刚度，提出了具体问题具体分析的理念，即针对特定的工况，针对性的研究接头刚度。
　　最后提出了一种基于隐式参数化技术的接头结构概念开发流程。以某新车型开发为例，建立了参数化接头子模型，模拟接头在整车中的受力状态，并结合本文的研究结果，选择合适的目标与约束并建立了符合工程需要的截面形状、厚度和截面位置变量。利用Isigh软件进行集成，采用NSGA-II遗传算法实现了多目标优化。本文研究表明：该方法有效解决了概念设计初期由于难以建立详细有限元模型以及无法进行车身接头结构设计而带来的设计问题，在车身概念设计阶段确定满足设计目标且符合工程要求的接头形状。优化结果的工程实用性证明该方法不仅对接头的正向设计有一定的指导意义，而且能够极大提高接头概念设计的效率。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外相关领域研究历史和现状

1.3 本文研究思路与内容

第2章 概念设计阶段车身结构设计方法

2.1 引言

2.2 有限元基本理论和方法

2.3 隐式参数化

2.4 概念车身接头的模拟方法

2.5 概念车身建模方法

2.5 本章小结

第3章 概念设计阶段接头结构对整车刚度的影响研究

3.1 引言

3.2 整车静态性能分析

3.3 接头灵敏度分析

3.4 隐式参数化接头结构控制因素

3.5 基于试验设计的接头结构对整车刚度影响研究

3.6 本章小结

第4章 概念设计阶段接头结构对接头刚度影响研究

4.1 引言

4.2 接头力学特性

4.3 基于试验设计的接头结构对接头刚度影响研究

4.4 基于接头受力变形的接头刚度与整车刚度关系研究

4.5 本章小结

第5章 隐式参数化接头模型在概念设计中的运用

5.1 引言

5.2 面向正向概念设计的T型接头优化流程构建

5.2 基于子模型技术的接头分析模型构建

5.3 接头结构控制变量定义

5.4 基于NSGA-II遗传算法的接头结构优化设计

5.5 优化结果验证

5.6 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文