某轎車車門輕量化與疲勞壽命多目標綜合優(yōu)化

龍巖，蔣凌山，劉雪強，熊海林，陳志勇，鐘慧卿

(1.吉林大學汽車仿真與控制國家重點實驗室，吉林長春，130022；2.一汽-大眾汽車有限公司技術(shù)開發(fā)部，吉林長春，130011)

目前汽車輕量化已成為汽車研究領域中的重要研究方向之一[1]，同時，輕量化對汽車疲勞耐久性能和安全性能提出更高要求。近些年國內(nèi)外的許多學者對汽車車身輕量化進行了大量研究，并取得了很多研究成果[2?3]。通常車身輕量化設計方法主要以鈑金件的厚度等參數(shù)作為設計變量，以質(zhì)量最小為目標進行優(yōu)化設計，再通過疲勞強度驗證優(yōu)化設計的可靠性[4?5]，開發(fā)周期較長，而同時將質(zhì)量和疲勞壽命作為優(yōu)化目標進行輕量化優(yōu)化設計的研究并不多見[6?7]。另外，對車身上眾多裝備件質(zhì)量與疲勞壽命的關系進行研究并綜合各因素進行系統(tǒng)多性能綜合優(yōu)化的研究也較少。車門作為駕駛員和乘員出入車輛的通道，需要承受經(jīng)常開關車門的動態(tài)沖擊載荷作用，作為用戶操作最頻繁的總成之一，車門開關操作疲勞壽命是車門開發(fā)必須設計并驗證的主要性能，也是用戶直接體驗度很高的一項性能。人們通常對車門鈑金件結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設計，雖然輕量化效果直接但往往會提高車門結(jié)構(gòu)應力水平，降低其開關疲勞壽命，因此車門總成輕量化設計同時必須滿足剛度和疲勞壽命性能要求，綜合考慮車門各裝備件的質(zhì)量和剛度等參數(shù)對車門疲勞壽命的影響進行車門總成級別的多部件多目標綜合優(yōu)化。本文作者以某車型的車門總成輕量化和疲勞壽命為研究目標，建立車門總成及車身總成的有限元模型，通過模擬用戶開關車門的習慣進行車門開關疲勞試驗和車門剛度試驗以驗證模型正確性，同時研究車門裝備件主要參數(shù)對車門疲勞壽命的影響，以質(zhì)量和疲勞壽命為優(yōu)化目標，以各個裝備件參數(shù)為設計變量，以保證車門剛度作為約束條件，采用粒子群優(yōu)化算法對車門進行多目標綜合優(yōu)化，以期在保證車門剛度并提高疲勞壽命的同時完成輕量化設計。

1 車門疲勞損傷與壽命

本文車門采用某鍍鋅鋼板材料，鈑金厚度為0.70 mm，開關疲勞試驗中鈑金疲勞破壞的主要形式為由局部應力集中導致的鈑金裂紋，開關疲勞壽命設計要求不低于1×105次，因此本文通過仿真計算得到車門開關過程中裂紋形成部位的局部應力，應用局部應力-應變法對危險點處進行疲勞損傷分析[8]，計算得到危險點處的疲勞壽命，危險點處的應變-壽命關系如下：

式中：εa為應變幅值；為f級載荷下疲勞強度系數(shù)；E為材料彈性模量；為f級載荷下疲勞延伸系數(shù)；b為疲勞強度指數(shù)；c為疲勞延性指數(shù)；Nf為f級疲勞載荷下的疲勞壽命。

零部件載荷循環(huán)應力-應變關系如下：

式中：σa為應力幅值；K′為強度系數(shù)；n′為應變硬化指數(shù)。

車門開關疲勞試驗中鈑金件危險點處所受到的應力與脈動循環(huán)應力類似，鈑金件主要受到局部拉伸應力作用而產(chǎn)生疲勞裂紋，Smith-Watson-Topper(SWT)平均應力修正方法較適用于拉伸平均應力的修正且偏于保守，如式(3)所示。

式中：σmax=σa+σm，σm為平均應力。

根據(jù)Miner疲勞損傷累積法則可計算測試循環(huán)過程中零部件局部載荷偽損傷。

式中：Nf為第f級載荷的損傷循環(huán)數(shù)；nf為第f級載荷的實際加載循環(huán)數(shù)；D為總損傷，當總損傷D≥1時，認為失效發(fā)生。修正后車門鈑金缺口相應材料的應力-壽命曲線和缺口位置如圖1所示。

圖1 材料應力?壽命曲線Fig.1 Stress?life curve and notch location of material

2 車門總成模型建立及驗證

2.1 車門剛度仿真與試驗驗證

使用Hypermesh軟件對車門三維模型進行幾何簡化和清理，選用板殼單元劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格單元邊長為4 mm，較多地使用四節(jié)點直邊單元(QUAD4)，通過局部網(wǎng)格加密方式提高應力精度，選用三節(jié)點直邊單元(TRIA3)提高過渡網(wǎng)格質(zhì)量，采用塊單元和短梁模擬焊點，采用點面接觸連接方式模擬黏膠部分，得到車門有限元模型如圖2所示，其中，P1和P2為加載點(測量點)，模型單元總數(shù)為161 154個。

圖2 左前車門總成有限元模型Fig.2 FEM of left-front car door

有限元模型的精度直接影響疲勞壽命分析和優(yōu)化的準確程度，為驗證模型的準確性，試制車門總成樣件進行試驗驗證。依據(jù)經(jīng)驗，車門框的靜態(tài)變形(即剛度)對車門疲勞壽命有直接影響，車門框靜態(tài)變形測量如圖3所示(其中F為在P2點施加的試驗載荷)。在試驗載荷下，變形仿真計算結(jié)果與實測結(jié)果對比如表1所示。表1中，所示數(shù)值為計算變形和實測變形與設計要求極限值的比值。數(shù)值大于100%則說明產(chǎn)品變形超過設計要求，即產(chǎn)品不合格。由表1對比結(jié)果可知仿真結(jié)果與實測結(jié)果存在一定誤差，且誤差在可以接受的范圍內(nèi)，故該車門總成剛度合格且模型精度滿足工程要求。但該車門框變形計算值接近設計要求值，因此在優(yōu)化計算時應合理約束車門框變形范圍，以保證車門框靜剛度滿足設計要求。

2.2 車門開關疲勞仿真與試驗驗證

圖3 車門P2點靜剛度測試裝置Fig.3 Static stiffness measurement device of P2 point of car door

表1 計算變形與實測變形對比Table 1 Contrast of simulated and tested deformation

為保證仿真與疲勞試驗相一致，分別建立白車身、門洞條、車窗導軌、車門玻璃、車門鉸鏈、門鎖和鎖銷等部件的有限元模型，后視鏡和門護板作為質(zhì)量集中載荷，裝配建立車門和車身系統(tǒng)有限元模型[9]，對于質(zhì)量集中單元采用節(jié)點剛體的連接方式，如后視鏡作為一個質(zhì)量集中載荷通過RB2 單元連接。門洞條模型采用OGDEN 材料模型[10]，通過調(diào)整模型參數(shù)使得門洞條模型的密封力曲線與設計要求保持一致。車門和車身系統(tǒng)有限元模型單元總數(shù)為1 309 855個，如圖4所示[11]。

圖4 車門車身系統(tǒng)有限元模型Fig.4 FEM of door and body of car

按照車門開關疲勞試驗標準要求設置模型，使車門關閉速度和關閉能量與實車疲勞試驗中的保持一致，應用Hyperworks軟件中的RADIOSS求解器進行動態(tài)仿真計算[12?13]，結(jié)果表明在車門內(nèi)板三角窗切口處(如圖5所示)存在較大應力集中，應力最大危險單元為181 192，仿真得到該危險單元在車門關閉過程中的Von Mises 應力曲線如圖6所示。由圖6可見：危險單元處的應力類似脈沖循環(huán)應力，最大應力約為109.0 MPa，應力幅值也約為109.0 MPa，應用疲勞損傷理論通過FEMFAT 軟件進行疲勞壽命計算，預測該車門開關疲勞試驗在3.1×104次左右可能會發(fā)生疲勞破壞，疲勞壽命遠低于1×105次的要求，存在較高疲勞壽命風險[14?15]。

圖5 原設計車門有限元Von Mises應力計算結(jié)果Fig.5 Calculation results of door Von Mises stress before optimization

圖6 車門關閉時危險單元181 192處Von Mises應力曲線Fig.6 Von Mises stress curve of cell 181 192 during door close

將試制的車門總成安裝在車身上進行車門開關疲勞試驗，門內(nèi)板三角窗切口處鈑金在車門開關27 743 次左右時發(fā)現(xiàn)裂紋,如圖7所示。相同位置處疲勞仿真壽命約為3.1×104次，疲勞計算壽命與試驗結(jié)果的相對誤差約為14.81%，可知所建仿真模型計算結(jié)果與實際試驗結(jié)果比較接近，車門和車身系統(tǒng)模型精度滿足工程要求，并且車門總成設計存在較大疲勞壽命問題。

圖7 車門經(jīng)27 743次開關疲勞試驗結(jié)果Fig.7 Test results after 27 743 times of door on-off fatigue tests

3 車門總成疲勞壽命影響因素

由于車門總成在用戶使用過程中容易出現(xiàn)疲勞破壞問題的主要是金屬鈑金件，基于已建立的有限元模型，本文選取與金屬鈑金件疲勞壽命相關的8個參數(shù)進行研究[16?17]，即鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度、鎖銷位置偏移量、切口鈑金圓角、車門玻璃厚度、門內(nèi)護板質(zhì)量、門內(nèi)板鈑金厚度、后視鏡質(zhì)量和門洞條密封力。由于車門外板鈑金關系到外觀造型等方面的原因，本次優(yōu)化將車門內(nèi)板鈑金作為主要優(yōu)化對象。圖8所示為內(nèi)板鈑金可能出現(xiàn)疲勞壽命問題的主要區(qū)域示意圖。

3.1 鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度對車門疲勞壽命的影響

圖8 車門內(nèi)板鈑金可能出現(xiàn)疲勞問題的區(qū)域Fig.8 Potential fatigue regions of inner plate of car door

車門關閉撞擊瞬間，鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度對從門鎖傳遞到車門鈑金的沖擊載荷有直接影響，仿真結(jié)果如圖9所示。其中，鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度比為車門關閉時鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度仿真值與原車狀態(tài)鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度的比值，疲勞壽命比為某一鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度下車門疲勞壽命仿真值與原車狀態(tài)車門疲勞壽命的比值。由圖9可見：隨著鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度比增加，車門疲勞壽命比先增加后減??；最大應力點從圖8所示的4號區(qū)域轉(zhuǎn)移到2號區(qū)域，鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度存在對車門疲勞壽命影響的最優(yōu)值，在優(yōu)化和設計時應找到并合理利用該最優(yōu)值。

圖9 鎖鉤扭轉(zhuǎn)剛度對車門疲勞壽命的影響Fig.9 Influence of lock claw torsion stiffness on fatigue life of car door

3.2 鎖銷位置偏移量對車門疲勞壽命的影響

門鎖銷偏移量直接影響車門內(nèi)間隙，從而影響門洞密封條的壓縮量及鎖銷與門鎖撞擊程度，最終影響車門總成所受載荷。計算時定義鎖銷位置向門外側(cè)偏移為正方向，向門內(nèi)側(cè)偏移為負方向，鎖銷位置偏移量對車門疲勞壽命的影響仿真結(jié)果如圖10所示。由圖10 可見：鎖銷向外側(cè)偏移，內(nèi)間隙增大，車門疲勞壽命增加，鎖銷向內(nèi)側(cè)偏移，內(nèi)間隙減小，車門疲勞壽命降低，危險點從圖8所示3號區(qū)域轉(zhuǎn)移到4號區(qū)域。

3.3 門內(nèi)板鈑金切口圓角對車門疲勞壽命的影響

門內(nèi)板三角窗處切口是容易發(fā)生疲勞問題的區(qū)域，其過渡圓角的半徑對消除應力集中并增加該區(qū)域的疲勞壽命具有積極作用，門內(nèi)板鈑金切口圓角對車門疲勞壽命的影響仿真結(jié)果如圖11所示。由圖11 可見：隨切口圓角半徑增加，切口區(qū)域疲勞壽命先減小后增加，存在1個疲勞壽命最小值，危險點為圖8所示1號區(qū)域，可知切口處過渡圓角并不是越平滑疲勞壽命就越高，在優(yōu)化和設計時應該找到該疲勞壽命轉(zhuǎn)折點，并合理設計過渡圓角半徑。

圖10 鎖銷位置偏移量對車門疲勞壽命的影響Fig.10 Influence of lockpin location displacement on fatigue life of car door

圖11 內(nèi)板切口過渡半徑對車門疲勞壽命的影響Fig.11 Influence of kerf radius on fatigue life of car door

3.4 車門玻璃厚度對車門疲勞壽命的影響

車門玻璃厚度直接影響到車門總成質(zhì)量和車門總成剛度，進而對車門的疲勞壽命產(chǎn)生影響，仿真結(jié)果如圖12所示。由圖12可見：隨著車門玻璃的厚度增加，車門疲勞壽命降低，但玻璃厚度增大到6 mm后再繼續(xù)增加對車門疲勞壽命的影響較小，危險點主要為圖8所示的4號區(qū)域。

3.5 門內(nèi)護板質(zhì)量對車門疲勞壽命的影響

車門內(nèi)護板除主要承載一些功能鍵以及美觀功能外，其質(zhì)量對車門疲勞壽命也具有一定影響，門內(nèi)護板質(zhì)量對車門疲勞壽命的影響仿真結(jié)果如圖13所示。由圖13可見：門內(nèi)護板質(zhì)量的存在可以提高車門疲勞壽命，但存在1個極值，超過該質(zhì)量極值后車門疲勞壽命會有所下降，繼續(xù)增加質(zhì)量，車門疲勞壽命下降趨于穩(wěn)定，說明門內(nèi)護板的質(zhì)量不宜過小，而過大的質(zhì)量不利于車門輕量化和疲勞壽命，恰當?shù)卦O計門護板質(zhì)量有利于兼顧車門輕量化和疲勞壽命要求。危險點為圖8所示的4號區(qū)域。

圖12 車門玻璃厚度對車門疲勞壽命的影響Fig.12 Influence of door glass thickness on fatigue life of car door

圖13 車門內(nèi)護板質(zhì)量對車門疲勞壽命的影響Fig.13 Influences of door trim mass on fatigue life of car door

3.6 門內(nèi)板鈑金厚度對車門疲勞壽命的影響

門內(nèi)板鈑金的厚度直接影響車門總成的質(zhì)量、疲勞壽命和剛度，門內(nèi)板鈑金厚度對車門疲勞壽命的影響仿真結(jié)果如圖14所示。由圖14可見：門內(nèi)板鈑金厚度增加，車門質(zhì)量增加，疲勞壽命隨之增加并且在厚度約為0.70 mm時迅速增加，設計時需合理利用厚度小于0.70 mm時斜率較小部分的特性，通過較少地降低疲勞壽命以獲得較大的輕量化結(jié)果，危險點由圖8所示的4 號區(qū)域轉(zhuǎn)移到1號區(qū)域。

3.7 外后視鏡質(zhì)量對車門疲勞壽命的影響

圖14 車門內(nèi)板鈑金厚度對車門疲勞壽命的影響Fig.14 Influence of door armor plate thickness on fatigue life of car door

圖15 外后視鏡質(zhì)量對車門疲勞壽命的影響Fig.15 Influence of exterior rearview mirror mass on fatigue life of car door

外后視鏡質(zhì)量對門內(nèi)板三角窗處鈑金局部應力具有直接影響，從而影響車門疲勞壽命。外后視鏡質(zhì)量對車門疲勞壽命的影響仿真結(jié)果如圖15所示。由圖15 可見：同樣的位置外后視鏡質(zhì)量減小，車門疲勞壽命增加，且曲線斜率不大，危險點為圖8所示的1號區(qū)域，因此在設計時應該合理匹配外后視鏡質(zhì)量，增加車門疲勞壽命。

3.8 門洞條密封對車門疲勞壽命的影響

車門洞密封條位于車門與車身之間，填補門內(nèi)間隙，為車門提供支撐，其密封力直接影響車門關閉瞬間的沖擊載荷，從而影響車門疲勞壽命。采用軟件中OGDEN材料模型，調(diào)整模型參數(shù)使門洞條模型的密封力曲線與設計要求保持一致，通過軟件設定自動修改參數(shù)調(diào)整門洞條密封力進行仿真計算，得到密封力對門內(nèi)板疲勞壽命的影響，如圖16所示。由圖16可見：隨著門洞條密封力增大，車門疲勞壽命有所增加，經(jīng)過曲線斜率拐點后增大密封力，車門疲勞壽命會迅速增加，優(yōu)化和設計時需找到該斜率拐點，合理利用該斜率較大部分的特性，通過合理增加密封力獲得較大的疲勞壽命提升效果。另外，密封力變化對車門總成質(zhì)量影響很小，危險點為圖8所示的1號區(qū)域。

圖16 門洞條密封力對車門疲勞壽命的影響Fig.16 Influence of door sealed strip on fatigue life of car door

4 車門質(zhì)量和疲勞壽命綜合優(yōu)化

4.1 設計變量

以上述8個影響參數(shù)為設計變量，其中4個參數(shù)為質(zhì)量參數(shù)，其余4個非質(zhì)量參數(shù)參與優(yōu)化計算有利于得到較合適的優(yōu)化結(jié)果。結(jié)合設計師建議和參考文獻[18?20]中的設計變量取值范圍，依據(jù)各參數(shù)變量特性曲線范圍確定，如表2所示。表2中，初始值為車門總成各參數(shù)實際數(shù)值，上限和下限為各參數(shù)變量優(yōu)化計算的約束值。

4.2 優(yōu)化目標

以車門4個優(yōu)化件的質(zhì)量(M)為優(yōu)化目標，其表達式為

表2 設計變量Table 2 Design variables

式中：M(x4)為車門玻璃質(zhì)量；M(x5)為車門內(nèi)護板質(zhì)量；M(x6)為車門內(nèi)鈑金質(zhì)量；M(x7)為后視鏡質(zhì)量。

以車門部件的疲勞壽命(L)作為優(yōu)化目標，其表達式為：

式中：Li為第i個部件的疲勞壽命；i為車門某部件，本文取i=1,8。

4.3 車門總成多目標綜合優(yōu)化

綜合考慮車門質(zhì)量、疲勞壽命和剛度(變形)性能指標，對車門總成進行多目標綜合優(yōu)化設計。以質(zhì)量和疲勞壽命性能作為優(yōu)化目標，剛度(變形)保持現(xiàn)狀為約束條件，優(yōu)化數(shù)學模型可表示為

式中：M(x)為車門總成質(zhì)量；L(x)為車門總成疲勞壽命；P1(x)和P10分別為車門框P1點變形及初始值，P10=76.51%；P2(x)和P20分別為車門框P2點變形及初始值，P20=86.23%；d1和d2分別為車門框P1和P2點的約束系數(shù)，基于P10和P20的初始值，本文取d1=d2=10%，車門框靜剛度變化量為[?10%,10%]，以保證優(yōu)化后車門框變形合格(<100%)；x為設計變量，xL和xU分別為各設計變量的下限和上限。

本文選用粒子群多目標優(yōu)化算法，定義粒子群算法的粒子群規(guī)模為60，迭代的代數(shù)為100，優(yōu)化得到車門質(zhì)量與疲勞壽命的關系如圖17所示。

由圖17 可見：車門4個部件的質(zhì)量目標與車門疲勞壽命目標大體相互矛盾，基于綜合性能提高的考慮，應在滿足疲勞壽命(1×105次)要求同時盡量選擇車門質(zhì)量最小的優(yōu)化結(jié)果，考慮模型計算誤差(約14.81%)，選擇疲勞壽命約為1.21×105次，質(zhì)量約為11.18 kg的優(yōu)化結(jié)果，以保證物理樣件能夠接近理想的設計目標。各設計參數(shù)變量的優(yōu)化結(jié)果經(jīng)過圓整后如表3所示。優(yōu)化后車門危險點為車門內(nèi)板三角窗切口處(1 號區(qū)域)，計算得到危險單元(174 624)的Von Mises 最大應力為80.1 MPa，如圖18所示。由圖18和表3 可見：優(yōu)化后危險點應力較優(yōu)化前有明顯減小，疲勞壽命約為優(yōu)化前的4 倍，車門總成質(zhì)量較優(yōu)化前減少2.44 kg。

圖17 車門質(zhì)量與疲勞壽命的關系Fig.17 Relationship between car door mass and fatigue life

表3 設計變量優(yōu)化結(jié)果Table 3 Optimization results of design variables

圖18 優(yōu)化后缺口危險點處Von Mises應力計算結(jié)果Fig.18 Calculation results of kerf region Von Mises stress after optimization

4.4 優(yōu)化結(jié)果仿真驗證

對車門總成主要部件優(yōu)化前后的應力進行疲勞仿真計算，結(jié)果如圖19所示，圖中箭頭指向部分為最大應力集中區(qū)域。

由圖19(a)和(b)可知：優(yōu)化后車門內(nèi)板三角窗鈑金切口處的應力分布得到改善，整個車門內(nèi)板的應力分布沒有太大變化，局部最大應力點為3號區(qū)域，其應力由優(yōu)化前的98.9 MPa 增大為104.6 MPa，考慮具體結(jié)構(gòu)形式，疲勞計算表明該最大應力點不構(gòu)成疲勞壽命危險點，車門其他各應力集中點疲勞壽命均超過1×105次，試驗亦證明這些位置并未發(fā)生疲勞破壞。由圖19(c)和(d)可知：優(yōu)化后車門外板的應力分布并未發(fā)生太大變化，其最大應力點應力由101.6 MPa增大為105.4 MPa，計算表明該點不會發(fā)生疲勞破壞。由圖19(e)和(f)可知：優(yōu)化后車門加強組件的局部最大應力由91.2 MPa 降低為88.7 MPa 且不會發(fā)生疲勞破壞。由圖19(g)和(h)可知：優(yōu)化后車窗立柱的局部最大應力由158.5 MPa 降低為141.6 MPa 且不會發(fā)生疲勞破壞。綜上可知，車門總成優(yōu)化后沒有對車門其他結(jié)構(gòu)件的應力分布產(chǎn)生較大影響，部分結(jié)構(gòu)件局部最大應力降低，同時沒有產(chǎn)生新的疲勞壽命危險點，車門優(yōu)化方法可行。

5 車門總成優(yōu)化試驗驗證

按照優(yōu)化結(jié)果試制車門樣件，將質(zhì)量減輕的裝備件快速成型或改制為保證裝配位置和質(zhì)量要求的替代件，按照同樣的方法進行車門框靜態(tài)變形量測量并與優(yōu)化前的仿真和實測結(jié)果對比，如表4所示。由表4可見：優(yōu)化后的車門框變形雖有增大，但亦滿足車門框變形設計要求，達到保證車門剛度基本不變的優(yōu)化要求。

將試制車門總成安裝到車身上進行車門開關疲勞試驗，經(jīng)過1×105次車門開關后，對試驗車門進行目視檢查，車門總成優(yōu)化試驗驗證如圖20所示。由圖20 可見車門沒有發(fā)生疲勞破壞，說明優(yōu)化后的車門滿足設計要求。為驗證仿真計算的準確性，繼續(xù)進行車門開關疲勞試驗直至發(fā)生疲勞破壞，當經(jīng)過109 428次左右車門開關后，疲勞試驗結(jié)果如圖21所示。由圖21可見：在車門三角窗的鈑金切口處發(fā)現(xiàn)鈑金裂紋，優(yōu)化后計算疲勞壽命與試驗結(jié)果的相對誤差約為10.57%，車門拆檢后未在其他部位發(fā)現(xiàn)疲勞破壞，證明了優(yōu)化方法和結(jié)果的正確性。

圖19 優(yōu)化前后車門主要部件Von Mises應力分布對比Fig.19 Contrasts of Von Mises stress of major components of car door before and after optimization

表4 優(yōu)化前后計算變形與實測變形對比Table 4 Contrast of simulated and tested deformations before and after optimization

圖20 改進車門開關疲勞試驗結(jié)果Fig.20 Results of optimized car door after door on-off fatigue test

圖21 改進車門經(jīng)109 428次開關疲勞試驗結(jié)果Fig.21 Results of optimized car door after 109 428 times of door on-off fatigue tests

6 結(jié)論

1)建立車門總成及車身系統(tǒng)有限元模型，通過車門剛度試驗和開關疲勞試驗驗證模型的準確性，為車門總成疲勞壽命計算和分析提供基礎。

2)對影響車門疲勞壽命的8 項參數(shù)進行分析，揭示了車門裝備件質(zhì)量、剛度、尺寸和安裝位置等參數(shù)與車門疲勞壽命的關系，為車門綜合優(yōu)化計算提供基礎，優(yōu)化計算時選擇非質(zhì)量相關參數(shù)作為設計變量有利于得到合適結(jié)果，各參數(shù)影響分析也可為設計人員提供設計和改進思路。

3)同時以車門質(zhì)量和疲勞壽命為目標，以保證車門靜態(tài)剛度為約束，應用多目標粒子群優(yōu)化算法，對車門總成進行多目標綜合優(yōu)化計算，得到Pareto最優(yōu)解集。

4)考慮計算誤差和工程實際選取1 組最優(yōu)解，對最優(yōu)解進行試驗驗證車門總成優(yōu)化效果，結(jié)果表明，在滿足車門剛度和疲勞壽命要求的同時，優(yōu)化后車門總成質(zhì)量減少2.44 kg，優(yōu)化效果較明顯。