微型车车门轻量化设计与焊点布局拓扑优化
车门作为汽车上重要的覆盖件，与车身一起提供了密闭的乘坐空间。车门基本性能的好坏直接关系到汽车总体的安全性、耐用性和舒适性。同时，减轻整车质量是减少燃油消耗量的重要手段，轻量化对减少环境污染和保护能源使用有着很重要的意义。基于上述状况，本文采用灵敏度分析、尺寸优化和焊点的拓扑优化等方法技术对微型车车门结构进行轻量化设计和性能优化。 本研究主要内容包括：⑴对车门系统进行了有限元模型的建立和结构性能的分析。首先建立了该微型车车门的有限元模型，并对其进行自由模态及车门窗框受力工况、下沉工况、扭转工况下车门强度、刚度性能的有限元分析。根据分析结果对车门各项初始性能进行分析和评价。分析得到的性能参数为下一步的车门轻量化设计和性能优化提供了参考标准。⑵基于灵敏度分析和尺寸优化对车门进行轻量化设计。为了保持该车门的外形和结构特点，本文只对车门各零件进行厚度上的优化。首先以车门23个部件的厚度为设计变量，对车门进行性能灵敏度分析，并计算各性能灵敏度对车门质量的相对灵敏度，得到对车门性能影响敏感的部件。以相对灵敏度结果为依据，确定优化变量，以车门刚度性能和一阶固有频率等为约束条件，对车门各零件进行尺寸优化。最终优化结果显示车门质量降低3％，同时对零件尺寸优化后的车门进行性能的验证，与初始性能对比发现车门各项性能有小幅度的提升。⑶基于拓扑优化的焊点布局优化。首先，对车门焊点单元以0.9、0.8、0.7三种不同的体积上限作为约束条件，车门加权应变能最小为目标函数建立优化模型。通过对比三种方案的优化结果，确定了初步的焊点数量的优化方案。然后，对优化后的焊点模型进行加密处理，采用拓扑优化方法对焊点进行布局研究。在不增加焊点的基础上通过对各焊点位置的重新布置进一步提升了车门的各项性能。通过对车门零件的尺寸优化和焊点的拓扑优化实现了车门质量的减轻和车门性能的提升。优化后的车门质量减少至17.75kg，比初始质量减少约3.0％。焊点数量减少至94个，与原模型相比减少约13.0％。在此基础上，车门各项性能的均有提升。整个设计流程对于整车的轻量化设计和通过焊点优化实现性能提升具有参考意义。
微型轿车;汽车轻量化;车门设计;结构优化
重庆交通大学
硕士
车辆工程
胡启国
2015
中文
U469.11;U463.834.02
91
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）