轿车白车身刚度定性仿真与梁截面优化

论文摘要

汽车工业近年来经历了高速发展的阶段,大量事实表明,CAE技术在汽车开发中应用得越早,就越能节约成本,缩短开发周期。同时,现代轿车大多采用承载式车身,白车身刚度对于轿车的静动力学性能显得尤为重要。因而在新产品设计的初期阶段,对白车身多种结构设计方案的刚度快速比较分析,进而确定白车身概念设计方案,对缩短白车身开发时间具有重要意义。本文探讨了在概念设计阶段对轿车白车身刚度这一重要性能指标进行CAE仿真及梁截面优化的方法。并在此基础上,介绍了自主研发的基于UG NX平台的概念阶段车身刚度仿真。本文首先研究了一种参数化白车身线框几何模型的构建方法,基于此线框模型以及梁截面库的建立,快速建立白车身刚度计算有限元模型,实现概念设计阶段白车身刚度评价。随后计算了某车型白车身简化模型与详细设计模型的弯曲刚度和扭转刚度,计算结果表明两者弯曲刚度和扭转刚度值相差均在10%以内,验证了概念设计阶段仿真模型的合理性和有效性。接下来,本文针对白车身中的主要组成结构,薄壁梁单元的截面形状优化技术进行了系统研究。通过对截面形状控制方法的研究,选择比例向量法对截面进行优化控制。同时,由于梁截面参与车身刚度计算时,主要是梁截面的特征参数,本文基于响应面方法,推导了梁截面特征参数计算公式。然后以某型车为对象,并在灵敏度分析的基础上,对车身梁截面进行了形状优化,并根据优化结果确定最佳的梁截面形状。计算结果表明,车身质量下降3.8%,弯曲与扭转刚度分别提高了3.89%、7.12%,实现在概念设计阶段的对梁截面的初次优化设计,优化结果表明,该方法能够在概念设计阶段为设计者提供有效的设计参考,缩短设计周期、提高设计质量。本文最后,介绍了自主研发的基于UG NX平台的概念设计阶段白车身刚度仿真系统。阐述了在该系统开发过程中涉及到的参数化和模块化两大关键技术以及基于C++开发语言的程序实现方法。同时,对仿真系统的功能和操作方法进行了介绍。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 轿车概念设计 CAE 技术运用现状
• 1.3 薄壁梁截面优化方法的研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 白车身刚度简化模型建模
• 2.1 白车身框架的建立
• 2.1.1 白车身几何模型的建立
• 2.1.2 白车身框架模板的建立
• 2.2 基于 Hyperbeam 的截面库的建立
• 2.2.1 基于Hyperbeam 的截面创建流程
• 2.2.2 梁截面的特征提取
• 2.2.3 截面数据的录入以及存储
• 2.3 刚度计算与对比
• 2.3.1 弯曲刚度
• 2.3.2 扭转刚度
• 2.3.3 简化模型与详细模型间的计算结果对比
• 2.4 本章小结
• 第三章 薄壁梁截面优化方法研究
• 3.1 梁截面控制优化方法
• 3.1.1 比例缩放方法
• 3.1.2 极坐标方法
• 3.1.3 比例向量法
• 3.1.4 矩形模拟方法
• 3.2 基于响应面法的梁截面特征参数的计算
• 3.2.1 定义式法
• 3.2.2 响应面法
• 3.2.3 公式计算结果与Hyperbeam 中的对比
• 3.3 本章小结
• 第四章 概念设计阶段的梁截面优化
• 4.1 梁截面形状的优化设计流程
• 4.2 车身结构灵敏度分析
• 4.2.1 灵敏度与相对灵敏度分析的原理
• 4.2.2 车身结构中各梁的灵敏度分析
• 4.3 梁截面形状的优化设计
• 4.3.1 目标梁选择及计算
• 4.3.2 梁截面优化结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 概念设计阶段白车身刚度仿真系统的建立
• 5.1 刚度仿真系统建立环境
• 5.2 刚度仿真系统开发的关键技术
• 5.2.1 参数化技术
• 5.2.2 模块化技术
• 5.3 刚度仿真系统的程序实现
• 5.3.1 梁的有限元划分
• 5.3.2 面的有限元划分
• 5.4 刚度仿真系统的功能及其操作方法
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的硕士论文