基于侧面碰撞某SUV B柱轻量化优化设计

摘要

近年来，汽车保有量的大幅增加给能源供给、环境保护以及交通安全带来了巨大的压力。研究表明，降低整车重量可以很大程度上解决上述问题。汽车轻量化是满足力学性能要求的前提下尽可能的降低汽车的重量。汽车轻量化往往造成汽车碰撞安全性的降低，合理的轻量化方法和足够的碰撞安全性是现代汽车轻量化技术发展的研究重点。
　　本文基于整车的侧面碰撞进行了B柱的轻量化设计。汽车侧面是车身比较薄弱的区域。在侧面碰撞过程中，生存空间较小、吸能部件少，给乘员安全带来很高的威胁。而B柱作为车身侧面的重要结构，在侧面碰撞过程中，其不仅仅需要承载巨大的侧面冲击载荷，还需要支撑其他部件，如车门传递过来的力，门栏传递过来的力等等。此外，B柱的入侵量和入侵速度直接影响乘员的安全。因此，提高B柱的耐撞性对增加侧面碰撞的安全性具有重要的意义。
　　基于GB20071侧面碰撞法规，本文首先对某国产SUV建立了整车侧面碰撞有限元模型。随后研究了碰撞中的能量变化、侧面的变形、中央通道加速度、B柱的入侵量、B柱的入侵速度。根据C-NCAP的侧面碰撞评价体系，将B柱入侵量和入侵速度作为后文优化问题的约束，从而保证整车具有足够的耐撞性。本文使用连续变截面板(Tailor Rolled Blank，TRB)代替传统均匀厚度板实现B柱外板轻量化。将B柱外板分为五个区域，为了确定每个区域的最优厚度和位置，本文基于试验设计和RBF神经网络近似模型法对B柱外板进行了确定性优化设计。为了提高优化结果的稳健性和可靠性，本文对确定性优化结果进行6σ稳健性优化设计，最终得到B柱外板质量比初始质量降低了10.9％，入侵量降低了8.84％，入侵速度降低了15.4％，且优化的结果具有很高的稳健性和可靠性。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 汽车侧面碰撞安全研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 汽车侧面碰撞安全法规

1．4 汽车轻量化研究现状

1．4．1 国外汽车轻量化研究现状

1．4．2 国内汽车轻量化研究现状

1．4．3 汽车轻量化实现方法

1．5 本文的研究内容

2 汽车碰撞仿真及优化设计理论

2．1．1 显示积分基本算法

2．1．2 时间步长和质量缩放控制

2．1．3 沙漏控制

2．1．4 接触算法

2．2 B柱结构优化的基本理论

2．2．1 耐撞性优化问题概述

2．2．2 试验设计

2．2．3 近似模型

2．2．4 多岛遗传算法

2．2．5 蒙特卡洛模拟

2．2．6 6σ品质设计与优化

2．3 本章小结

3 整车侧面碰撞仿真模型建立与验证

3．1 整车侧面碰撞模型的建立

3．1．1 整车模型

3．1．2 MDB模型

3．1．3 碰撞的接触设置

3．2 侧面碰撞仿真分析

3．2．1 侧面碰撞模型的验证

3．2．2 侧面碰撞整车变形图

3．2．3 侧面碰撞过程中车体加速度分析

3．2．4 侧面碰撞力传递路径

3．3 侧面碰撞的B柱性能分析

3．3．1 B柱的结构

3．3．2 碰撞侧B柱的测量点的定义

3．3．3 五个测量点入侵速度分析

3．3．4 五个测量点入侵量分析

3．3．5 侧面碰撞的评价标准

3．4 本章小结

4 B柱的轻量化优化

4．1 连续变截面板的介绍

4．2 侧面碰撞的简化模型建立

4．2．1 简化模型建立方法

4．2．2 简化模型精确性验证

4．3 B柱的优化设计

4．3．2 RBF近似模型的建立

4．3．3 B柱外板结构的确定性优化

4．3．4 B柱外板结构的稳健性优化

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况