基于侧碰的车身梯度性能零部件防撞性能优化

摘要

随着车身轻量化技术的不断发展，力学性能梯度变化的车身零部件开始得到广泛关注。针对车用钢材，拼焊技术、变厚度轧制技术、模具分区冷却技术等能够实现车身零部件呈梯度性能分布的特点。但怎样的梯度性能能够保证车身零部件具有更优的安全性能，目前还是国内外学者研究的重要内容。汽车主机厂通常从经验和加工的角度来进行梯度性能设计，而科研工作者则主要从优化仿真的角度去找到梯度性能零部件理论的最优情形。上述现象带来了一个主要问题即为理论与实际没有达到较好的结合，因此围绕该问题，结合实际应用背景，本文针对梯度性能零部件的防撞性能开展相应的研究。
　　首先，基于压溃试验平台，开展相关动态大变形试验，验证建模方式与材料参数的可靠性。选取样件与仿真计算结果进行对比，发现两者变形模式、力—位移曲线的变化趋势基本一致。但也存在一定的问题，即在同样的准备条件下，试验的可重复度较低，每一次压溃试验后，样件的变形、破坏形式均不尽相同。
　　其次，针对原始整车侧碰模型开展了简化工作，通过对比验证确定了简化模型的有效性。针对B柱在侧碰过程中的关键作用，确定了其性能的评价指标:最大侵入量Dmax、碰撞吸能EA。依据侵入量与重伤率的关系对B柱进行了合理的分区。对比分析64种不同梯度强度B柱的计算结果发现，B各部分强度变化则对其碰撞结果影响各不相同，其中中部强度对结果影响显著。对比分析27种不同梯度厚度B柱的计算结果发现，B柱中部厚度TMID的改变对计算结果影响显著。
　　最后，基于所得数据拟合数值模型，结合优化算法分别得到两种梯度性能B柱的最优解集并与原始工况进行对比。通过径向基函数(RBF)对两种梯度性能B柱进行了模型拟合，采用非支配排序的带有精英策略的多目标优化算法(NSGAII)对所得数值模型进行优化设计。结果表明:梯度强度B柱的优化结果实际上相当于将3段式B柱简化成了2段式B柱，以上部强下部弱的形式分布，能够有效的提高防侵入性和吸能性，且与实际加工生产的经验吻合较好，具有实际应用价值。厚度梯度B柱的优化结果为中间厚，两端薄，优化结果与基准工况相比能显著提高防侵入性并兼顾吸能。综合两种梯度性能B柱与基准工况对比发现，优化后的梯度性能B柱综合性能均好于基准工况，且梯度厚度B柱的综合性能更为突出，具有更好的防侵入性能和轻量化效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 汽车轻量化的背景和意义

1．1．2 汽车轻量化与安全

1．2 车身梯度性能材料的应用及介绍

1．2．1 激光拼焊技术

1．2．2 变厚度轧制技术

1．2．3 梯度强度热成形技术

1．3 梯度性能材料服役性z月‘匕lS测"评及优化设计

1．4 研究意义及内容

2 梯度性能U型零件动态压溃性能研究

2．1 前言

2．2 22MnB5高强度钢的梯度力学性能

2．3 U型件压溃试验及准备

2．3．1 均质U型零件制备

2．3．2 梯度强度性能U型零件制备

2．3．3 试验准备

2．4 试验及仿真结果对比分析

2．4．1 均质U型件压溃试验

2．4．2 梯度强度U型件压溃试验

2．4．3 压溃模型CAE建模及边界条件设置

2．4．4 试验及仿真结果对比分析

2．5 本章小结

3 梯度性能车身零部件侧碰有限元模型

3．1 前言

3．2 侧碰仿真模型及其简化

3．2．1 碰撞模型

3．2．2 材料参数

3．2．3 评价指标

3．3 整车侧碰仿真计算及模型简化

3．3．1 台车模型有效性验证

3．3．2 整车侧碰仿真计算

3．3．3 模型简化及有效性验证

3．3．4 B柱结构简化及基准工况

3．4 本章小结

4 梯度性能B柱侧碰抗撞性能仿真分析

4．1 前言

4．2 B柱分区

4．3 梯度强度分布对B柱的影响

4．3．1 过渡区域对B柱的影响

4．3．2 64种工况计算结果及分析

4．4 梯度厚度分布对B柱的影响

4．4．1 过渡区域对B柱的影响

4．4．2 27种工况计算结果及分析

4．5 TPB／TRB B柱计算结果对比分析

4．6 本章小结

5 梯度性能B柱侧碰抗撞性能优化

5．1 前言

5．2 试验设计及优化方法介绍

5．2．1 近似模型方法

5．2．2 遗传算法

5．3 多目标优化问题定义

5．4 优化流程

5．5 代理模型及误差

5．6 优化结果分析

5．6．1 梯度强度B柱优化结果及分析

5．6．2 梯度厚度B柱优化结果及分析

5．7 TPB、TRB B柱优化结果对比分析

5．8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢