基于碰撞和振動的輕量化轎車車身結構設計

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基于碰撞和振動的輕量化轎車車身結構設計

基于置換材料和多學科優化設計策略設計輕量化車身結構，在保證其能滿足碰撞和振動標準條件下，最大限度地減輕質量。通過有限元分析，對完整汽車模型的正碰、偏碰和側碰進行研究，分析其峰值加速度、入侵距離及結構部件內部能量吸收。此外，將前3階固有頻率與碰撞指標相結合，形成設計約束；將22個部件的壁厚作為設計變量。采用拉丁方抽樣方法（LHS）進行設計空間抽樣，利用徑向基函數（RBF）方法求解多點碰撞響應及前3階固有頻率的替代模型。在碰撞和振動約束條件下，提出一種基于非線性化理論的部件優化問題。使用序列二次規劃（SQP）求解設計優化問題，結果與有限元分析比較驗證。與原設計部件相比，優化后的鎂合金部件具有明顯的減重效果和更好的性能。

研究了輕質材料的應用、替代建模及結構優化技術，對汽車進行輕量化設計，改進結構性能。22個鋼制部件來源于1996道奇霓虹，采用鎂合金AZ31替代。為獲得碰撞響應，利用LSDYNA軟件對道奇霓虹的3種碰撞情況進行有限元模型分析。為滿足振動的設計要求，對該車白車身（BIW）模型有限元碰撞模型進行改進，利用MSC Nastran進行振動分析，比較其一致性。

在前3階固有頻率下進行振動分析，研究結構的響應。使用LHS生成138個設計點，并得到相應的響應。為了降低計算成本，采用代理模型技術求解各點的響應。對振動的其它問題研究，可以改進結構剛度以及汽車耐撞性能。采用鎂合金替代和優化設計，整體可減重46.7kg，與采用鋼制部件相比減重約44.3％。

刊名：Journal of Magnesium and Alloys（英）

刊期：2014年第2期

作者：Morteza Kiani et al

編譯：王亮