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基于碰撞和振動的輕量化轎車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于置換材料和多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計策略設(shè)計輕量化車身結(jié)構(gòu)，在保證其能滿足碰撞和振動標(biāo)準(zhǔn)條件下，最大限度地減輕質(zhì)量。通過有限元分析，對完整汽車模型的正碰、偏碰和側(cè)碰進(jìn)行研究，分析其峰值加速度、入侵距離及結(jié)構(gòu)部件內(nèi)部能量吸收。此外，將前3階固有頻率與碰撞指標(biāo)相結(jié)合，形成設(shè)計約束；將22個部件的壁厚作為設(shè)計變量。采用拉丁方抽樣方法（LHS）進(jìn)行設(shè)計空間抽樣，利用徑向基函數(shù)（RBF）方法求解多點碰撞響應(yīng)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(yōu)化問題。使用序列二次規(guī)劃（SQP）求解設(shè)計優(yōu)化問題，結(jié)果與有限元分析比較驗證。與原設(shè)計部件相比，優(yōu)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(zhì)材料的應(yīng)用、替代建模及結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對汽車進(jìn)行輕量化設(shè)計，改進(jìn)結(jié)構(gòu)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(yīng)，利用LSDYNA軟件對道奇霓虹的3種碰撞情況進(jìn)行有限元模型分析。為滿足振動的設(shè)計要求，對該車白車身（BIW）模型有限元碰撞模型進(jìn)行改進(jìn)，利用MSC Nastran進(jìn)行振動分析，比較其一致性。

在前3階固有頻率下進(jìn)行振動分析，研究結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。使用LHS生成138個設(shè)計點，并得到相應(yīng)的響應(yīng)。為了降低計算成本，采用代理模型技術(shù)求解各點的響應(yīng)。對振動的其它問題研究，可以改進(jìn)結(jié)構(gòu)剛度以及汽車耐撞性能。采用鎂合金替代和優(yōu)化設(shè)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