某微客車門靜動態(tài)性能分析及結(jié)構(gòu)件料厚多目標優(yōu)化.pdf

1、為滿足當今社會對資源和環(huán)境的需求，汽車正向著輕量化的方向發(fā)展。車門作為車身設(shè)計的一部分，對汽車總質(zhì)量的影響也是不容忽視的，對車門輕量化技術(shù)的研究已成為當今汽車行業(yè)重要的研究領(lǐng)域之一。
　　在車門質(zhì)量減少的同時應該保證其剛度、強度、模態(tài)等靜動態(tài)性能也滿足要求，因此要對車門結(jié)構(gòu)進行多工況條件下的多目標的優(yōu)化設(shè)計。本文圍繞國內(nèi)某企業(yè)微型客車右前車門的開發(fā)，為實現(xiàn)車門結(jié)構(gòu)的輕量化，主要做了如下的研究:
　　首先，使用3D建模軟件CA

2、TIA建立車門的每個零件的三維模型;利用有限元前處理軟件HyperMesh對車門結(jié)構(gòu)進行有限元劃分，并建立車門的側(cè)向彎曲剛度、垂直剛度和自由模態(tài)的仿真分析模型;用Optistruct計算出車門結(jié)構(gòu)側(cè)向彎曲剛度、垂直剛度和一階模態(tài)頻率的初始值;通過對模態(tài)的仿真值與實驗值進行誤差分析，驗證有限元模型的精度，證明仿真分析的結(jié)果可靠;同時，通過在車門右上角增加Z型板，使得側(cè)向彎曲剛度經(jīng)初步優(yōu)化之后有很大的富余，為車門輕量化提供空間。
　　

3、其次，采用Plackett-Burman試驗設(shè)計的方法篩選出對車門響應影響比較顯著的零件，以這些零件的料厚作為優(yōu)化設(shè)計的變量;運用Hemmersly試驗設(shè)計方法采集設(shè)計變量與車門側(cè)向彎曲剛度、垂直剛度和一階模態(tài)頻率的樣本值，并根據(jù)試驗設(shè)計結(jié)果利用最小二乘法建立設(shè)計變量與側(cè)向彎曲剛度、垂直剛度和一階模態(tài)的近似響應面模型;基于決定系數(shù)和調(diào)整的決定系數(shù)對近似模型進行誤差分析，并通過檢測各響應在樣本點集處的相對誤差來檢測近似模型的精度，確保其可

4、以代替有限元模型用于后期的多目標優(yōu)化設(shè)計中。
　　最后，采用多目標遺傳算法對車門的靜動態(tài)性能進行優(yōu)化。以車門的質(zhì)量最小、垂直剛度最大為優(yōu)化目標，車門的側(cè)向彎曲剛度和一階模態(tài)頻率均能滿足要求為約束條件，建立車門結(jié)構(gòu)多工況多目標條件下的優(yōu)化模型，在近似模型的基礎(chǔ)上，計算得到Pareto非劣解集，并根據(jù)工程實際挑選滿意解;最終優(yōu)化結(jié)果使得車門質(zhì)量減少了3.88％，同時車門的剛度性能取得明顯的提高，模態(tài)特性也有所改善，達到了預期的優(yōu)化設(shè)計

5、目標;然后，在有限元模型的基礎(chǔ)上驗證優(yōu)化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)近似模型的仿真值與有限元模型的計算值之間的相對誤差較小;另外，由于優(yōu)化后車門外板料厚減小，可能會對抗凹性能有影響，因此用Optistruct分析車門外板的抗凹性，分析結(jié)果顯示外板的抗凹性滿足要求。以上結(jié)果表明本研究所采用的優(yōu)化設(shè)計方法有效可靠。
　　本課題來源于某汽車研發(fā)公司，并以真實模型為依據(jù)，在優(yōu)化過程中融入了試驗設(shè)計和近似模型的方法，大大提高了工作效率，最終得到了可靠的優(yōu)化結(jié)