基于主断面参数的车身结构刚度链快速求解

摘要

汽车正向开发流程的车身工程设计阶段分为概念设计和详细设计。概念设计是车身结构设计的前期阶段，任务是为详细设计提供结构可行的方案。车身的整体结构及性能都取决于概念设计的结果，一旦留下设计缺陷，在后续流程中将难以弥补。现代轿车的车身一般采用承载式结构，车身需抵御汽车行驶的复杂载荷，因此，车身的刚度性能尤为重要。车身主断面是分布在车身各个重要位置，用以描述车身结构细节的横截面，它既是控制车身结构和性能的关键点，也是描述车身结构概念设计方案的重要工具。车身主断面的形状及尺寸是影响车身刚度性能的重要因素。因而，主断面设计是车身结构概念设计的重要内容。
　　本文的研究围绕概念设计阶段的主断面参数优化设计与车身刚度分布两个问题展开。在刚度链计算模型中直接利用真实主断面参数快速求解，是车身结构刚度链设计方法必须解决的关键问题。本文在建立轿车车身静刚度链计算模型和深入分析主断面库作用的基础上，以刚度链节点参数可控和工程化为目标，建立了刚度链节点参数与主断面截面属性参数的对应关系，研究了利用极坐标法控制真实主断面形状的参数化方法，以及由单一变量控制的复杂截面属性计算方法，实现了刚度链节点属性的参数化计算和刚度链模型计算参数的工程化，为基于真实主断面结构形状的车身静刚度优化分配研究打下了基础；针对车身刚度分布问题，研究了基于真实主断面参数的刚度链建模方法，建立了基于真实主断面参数的车身刚度优化分布问题数学模型，运用遗传算法进行求解，确定了每个主断面的材料分布；通过对比已有近似标杆车有限元模型的刚度仿真结果，验证了车身刚度链方法的可行性以及主断面刚度优化方案的合理性；最后本文研究了主断面驱动的车身快速参数化建模，并基于骨架模型技术实现了刚度链模型与车身三维模型的转换。
　　本文的研究为国内汽车企业开展正向开发提供了有价值的参考，为自主品牌汽车实现技术创新探讨了新思路。

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第1章 绪论

1.1 汽车车身概念设计研究现状概述

1.2 车身主断面优化方法的研究现状概述

1.3 本文研究背景、意义及内容

第2章 车身结构刚度链设计方法

2.1 车身简化几何模型建模方法

2.2 车身简化接头建模

2.3 白车身静刚度计算规范

2.4 车身刚度链模型

2.5 本章小结

第3章 主断面属性计算及形状参数化方法

3.1 车身主断面库的建立

3.2 车身主断面参数计算

3.3 主断面形状参数化方法

3.4 基于响应面法的主断面属性计算方法

3.5 本章小结

第4章 真实主断面驱动的车身刚度优化分布

4.1 主断面设计中的工程约束

4.2 车身刚度优化分布

4.3 主断面驱动的车身刚度优化分配数学模型

4.4 刚度链模型数值优化

4.5 本章小结

第5章 主断面驱动的车身快速参数化建模

5.1 主断面数据参数化管理系统

5.2 车身骨架模型

5.3 本章小结

总结与展望

总结

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