概念设计阶段前纵梁弯曲特性研究

【摘要】汽车发生正面碰撞时，大部分的碰撞能量由前纵梁来吸收，前纵梁结构设计的好坏在整车碰撞安全中起着重要的作用。前纵梁的变形主要有压溃和弯曲变形两种。在前纵梁发生弯曲变形时，其局部形成塑性铰，这导致前纵梁发生较大的变形而吸收的能量却很少。所以对前纵梁弯曲变形特性进行研究，控制汽车碰撞时前纵梁的变形是很有意义的。在汽车开发过程中，概念设计是最重要的一个阶段，许多决定后期详细设计的整车参数都在此阶段确定。在概念设计阶段对前纵梁碰撞时表现出的弯曲变形特性进行研究，对前纵梁结构尺寸乃至整车基于碰撞安全的详细设计都有着重要的意义。本文依托于吉林省科技发展计划重大项目《轿车车身部件双模参数化集成库建立及抗撞性快速优化研究》（编号：20126001）及配套的中国第一汽车集团公司技术中心项目《乘用车碰撞概念模型建立与优化分析》（1322A课题），并结合国家自然科学基金面上项目《基于重分析理论的简化车身多单元框架结构截面参数快速优化研究》（编号:50975121）和吉林省科技发展计划重大项目《简化车身框架结构多目标多层次快速优化关键技术研究》（编号:20096004）的研究成果，对概念设计阶段前纵梁的弯曲特性进行了研究。本文介绍了概念设计阶段前纵梁弯曲特性研究的背景和意义，并对目前已有的相关研究成果进行了梳理和总结。探讨了Kecman关于箱型截面薄壁梁弯曲特性研究的理论模型，并对其计算过程进行了深入的研究和学习。基于该理论，本文提出了适用于概念设计阶段前纵梁弯曲特性分析的简化模型。该模型是在有限元软件HyperMesh中应用梁单元和非线性转动弹簧单元建立的，非线性转动弹簧单元的转动特性由第2章的理论模型获得。通过与概念设计前纵梁详细模型进行结果对比分析，证明所建立的简化模型适合用来进行概念设计阶段前纵梁弯曲特性的分析研究。为了便于工程人员应用本文所提出简化模型，本文对概念设计阶段前纵梁弯曲特性简化模型建模过程进行了参数化建模研究，完成了建模过程的流程自动化。最后，为提高某车型前纵梁的抗撞性，本文应用基于正交试验设计的响应面方法，以前纵梁横截面参数为设计变量，应用正交试验设计方法安排实验点，建立了统计性好、拟合精度高的响应面模型，并基于粒子群优化算法进行了优化工作，得到了良好的优化结果，为前纵梁截面参数的修改提出了指导意见。
【作者】黄贵龙；
【导师】徐涛；
【作者基本信息】吉林大学，固体力学，2014，硕士
【关键词】概念设计；薄壁梁；前纵梁；简化模型；参数化建模；结构优化；

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