拓扑优化驱动的某纯电动汽车车身骨架设计研究

【摘要】：纯电动汽车作为未来汽车发展的重要方向已经逐渐被各大汽车厂商所重视。然而，由于造价和销量等制约因素，纯电动汽车的车身往往沿用传统汽车车身改装而成，无法完全满足电动车的路况和载荷需求。从纯电动汽车的自身特点出发，设计满足要求的车身可以在很大程度上提升材料的利用效率，降低成本。 本课题以某对标车型的基本尺寸出发，以拓扑优化驱动设计流程，从无到有设计出一个满足纯电动汽车载荷要求的汽车骨架结构。并通过仿真验证与对标车型试验进行对比，最终得到一个相对满意的结果。 在设计过程中，结合目前纯电动汽车的载荷工况，探讨不同动力系统布置方案对汽车轴荷的影响，最终确定了最佳的动力方案。再根据该最佳方案及电动车弯曲和扭转工况的需求，利用拓扑优化得到一个最佳的空间结构。 利用一维梁单元结构从拓扑优化的结果中抽象出一个车架的布置方案，进而开展关于乘员舒适性的探讨。人机工程学校核是检验汽车设计好坏的一个重要过程，本课题针对梁单元构造的框架模型进行了部分人机工程学校核，得到了一个基本符合要求的框架模型。 在最后的细节优化中，首先，利用框架模型进行尺寸优化得出各个实心圆截面梁的具体尺寸要求；其次，利用数学方法将实心截面梁尺寸参数转化为空心截面梁参数；再次，利用第二次尺寸优化得到空心截面梁的最佳壁厚尺寸，经过规整得到最终的模型；最后进行弯曲和扭转的试验仿真与对标车进行比对，得到符合设计要求的车身骨架。 【关键词】：拓扑优化 纯电动汽车 车身骨架 人机校核 尺寸优化
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U463.82;U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的背景和意义10-12
• 1.2 纯电动汽车拓扑优化设计现状及商业软件简介12-13
• 1.2.1 纯电动汽车拓扑优化设计现状12
• 1.2.2 纯电动汽车拓扑优化商业软件简介12-13
• 1.3 结构拓扑优化的发展历程和现状13-15
• 1.3.1 国外研究现状13-14
• 1.3.2 国内研究现状14-15
• 1.4 论文的主要研究内容15-16
• 1.5 技术路线16-17
• 第2章 OPTISTRUCT 拓扑优化理论及其应用17-27
• 2.1 拓扑优化理论17-22
• 2.1.1 优化问题数学模型17-18
• 2.1.2 优化迭代算法18-21
• 2.1.3 连续体拓扑优化方法21-22
• 2.2 OPTISTRUCT 中的控制参数22-24
• 2.2.1 成员尺寸控制22-23
• 2.2.2 脱模挤压23-24
• 2.2.3 模式组及模式重复24
• 2.3 多目标优化24-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第3章 纯电动汽车单工况拓扑优化方案27-44
• 3.1 有限元模型建立27-32
• 3.1.1 几何模型27-28
• 3.1.2 材料模型及属性28-29
• 3.1.3 各种工况的选取29
• 3.1.4 边界条件的定义29-31
• 3.1.5 优化问题的设置31-32
• 3.1.6 求解设置32
• 3.2 优化结果后处理分析32-35
• 3.2.1 弯曲工况结果分析33-34
• 3.2.2 扭转工况结果分析34-35
• 3.3 基于优化结果的二次优化35-42
• 3.3.1 半乘员舱为非设计域优化36-38
• 3.3.2 全乘员舱为非设计域优化38-39
• 3.3.3 不同参数对二次优化结果的影响39-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 基于最优轴荷比的多工况拓扑优化44-54
• 4.1 前驱布置的拓扑及动力布置研究44-49
• 4.2 后驱布置的拓扑及动力布置研究49-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第5章 基于人机工程的框架详细优化54-78
• 5.1 规整模型的尺寸优化54-62
• 5.1.1 几何结构54-55
• 5.1.2 网格属性55-56
• 5.1.3 工况设置56-57
• 5.1.4 优化参数57-58
• 5.1.5 求解结果58-59
• 5.1.6 灵敏度分析59-62
• 5.2 人机工程学校核62-67
• 5.2.1 车身布置前期工作62
• 5.2.2 车身布置规划62-64
• 5.2.3 更改模型64-67
• 5.3 修改后模型的尺寸优化67-71
• 5.3.1 优化过程67-69
• 5.3.2 求解结果69-71
• 5.4 空心梁优化71-76
• 5.4.1 空心梁转化71-74
• 5.4.2 空心梁壁厚尺寸优化74-75
• 5.4.3 求解结果75-76
• 5.5 弯扭刚度校核76-77
• 5.5.1 弯曲刚度校核76-77
• 5.5.2 扭转刚度校核77
• 5.6 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-82
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果82-83
• 致谢83-84
• 作者简介84

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