基于碰撞和振动的轻量化轿车车身结构设计



基于碰撞和振动的轻量化轿车车身结构设计

基于置换材料和多学科优化设计策略设计轻量化车身结构，在保证其能满足碰撞和振动标准条件下，最大限度地减轻质量。通过有限元分析，对完整汽车模型的正碰、偏碰和侧碰进行研究，分析其峰值加速度、入侵距离及结构部件内部能量吸收。此外，将前3阶固有频率与碰撞指标相结合，形成设计约束；将22个部件的壁厚作为设计变量。采用拉丁方抽样方法（LHS）进行设计空间抽样，利用径向基函数（RBF）方法求解多点碰撞响应及前3阶固有频率的替代模型。在碰撞和振动约束条件下，提出一种基于非线性化理论的部件优化问题。使用序列二次规划（SQP）求解设计优化问题，结果与有限元分析比较验证。与原设计部件相比，优化后的镁合金部件具有明显的减重效果和更好的性能。

研究了轻质材料的应用、替代建模及结构优化技术，对汽车进行轻量化设计，改进结构性能。22个钢制部件来源于1996道奇霓虹，采用镁合金AZ31替代。为获得碰撞响应，利用LSDYNA软件对道奇霓虹的3种碰撞情况进行有限元模型分析。为满足振动的设计要求，对该车白车身（BIW）模型有限元碰撞模型进行改进，利用MSC Nastran进行振动分析，比较其一致性。

在前3阶固有频率下进行振动分析，研究结构的响应。使用LHS生成138个设计点，并得到相应的响应。为了降低计算成本，采用代理模型技术求解各点的响应。对振动的其它问题研究，可以改进结构刚度以及汽车耐撞性能。采用镁合金替代和优化设计，整体可减重46.7kg，与采用钢制部件相比减重约44.3％。

刊名：Journal of Magnesium and Alloys（英）

刊期：2014年第2期

作者：Morteza Kiani et al

编译：王亮