拓撲優(yōu)化驅(qū)動的某純電動汽車車身骨架設(shè)計研究

【摘要】：純電動汽車作為未來汽車發(fā)展的重要方向已經(jīng)逐漸被各大汽車廠商所重視。然而，由于造價和銷量等制約因素，純電動汽車的車身往往沿用傳統(tǒng)汽車車身改裝而成，無法完全滿足電動車的路況和載荷需求。從純電動汽車的自身特點出發(fā)，設(shè)計滿足要求的車身可以在很大程度上提升材料的利用效率，降低成本。 本課題以某對標車型的基本尺寸出發(fā)，以拓撲優(yōu)化驅(qū)動設(shè)計流程，從無到有設(shè)計出一個滿足純電動汽車載荷要求的汽車骨架結(jié)構(gòu)。并通過仿真驗證與對標車型試驗進行對比，最終得到一個相對滿意的結(jié)果。 在設(shè)計過程中，結(jié)合目前純電動汽車的載荷工況，探討不同動力系統(tǒng)布置方案對汽車軸荷的影響，最終確定了最佳的動力方案。再根據(jù)該最佳方案及電動車彎曲和扭轉(zhuǎn)工況的需求，利用拓撲優(yōu)化得到一個最佳的空間結(jié)構(gòu)。 利用一維梁單元結(jié)構(gòu)從拓撲優(yōu)化的結(jié)果中抽象出一個車架的布置方案，進而開展關(guān)于乘員舒適性的探討。人機工程學校核是檢驗汽車設(shè)計好壞的一個重要過程，本課題針對梁單元構(gòu)造的框架模型進行了部分人機工程學校核，得到了一個基本符合要求的框架模型。 在最后的細節(jié)優(yōu)化中，首先，利用框架模型進行尺寸優(yōu)化得出各個實心圓截面梁的具體尺寸要求；其次，利用數(shù)學方法將實心截面梁尺寸參數(shù)轉(zhuǎn)化為空心截面梁參數(shù)；再次，利用第二次尺寸優(yōu)化得到空心截面梁的最佳壁厚尺寸，經(jīng)過規(guī)整得到最終的模型；最后進行彎曲和扭轉(zhuǎn)的試驗仿真與對標車進行比對，得到符合設(shè)計要求的車身骨架。 【關(guān)鍵詞】：拓撲優(yōu)化 純電動汽車 車身骨架 人機校核 尺寸優(yōu)化
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U463.82;U469.72
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題的背景和意義10-12
• 1.2 純電動汽車拓撲優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)狀及商業(yè)軟件簡介12-13
• 1.2.1 純電動汽車拓撲優(yōu)化設(shè)計現(xiàn)狀12
• 1.2.2 純電動汽車拓撲優(yōu)化商業(yè)軟件簡介12-13
• 1.3 結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀13-15
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 論文的主要研究內(nèi)容15-16
• 1.5 技術(shù)路線16-17
• 第2章 OPTISTRUCT 拓撲優(yōu)化理論及其應(yīng)用17-27
• 2.1 拓撲優(yōu)化理論17-22
• 2.1.1 優(yōu)化問題數(shù)學模型17-18
• 2.1.2 優(yōu)化迭代算法18-21
• 2.1.3 連續(xù)體拓撲優(yōu)化方法21-22
• 2.2 OPTISTRUCT 中的控制參數(shù)22-24
• 2.2.1 成員尺寸控制22-23
• 2.2.2 脫模擠壓23-24
• 2.2.3 模式組及模式重復24
• 2.3 多目標優(yōu)化24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第3章 純電動汽車單工況拓撲優(yōu)化方案27-44
• 3.1 有限元模型建立27-32
• 3.1.1 幾何模型27-28
• 3.1.2 材料模型及屬性28-29
• 3.1.3 各種工況的選取29
• 3.1.4 邊界條件的定義29-31
• 3.1.5 優(yōu)化問題的設(shè)置31-32
• 3.1.6 求解設(shè)置32
• 3.2 優(yōu)化結(jié)果后處理分析32-35
• 3.2.1 彎曲工況結(jié)果分析33-34
• 3.2.2 扭轉(zhuǎn)工況結(jié)果分析34-35
• 3.3 基于優(yōu)化結(jié)果的二次優(yōu)化35-42
• 3.3.1 半乘員艙為非設(shè)計域優(yōu)化36-38
• 3.3.2 全乘員艙為非設(shè)計域優(yōu)化38-39
• 3.3.3 不同參數(shù)對二次優(yōu)化結(jié)果的影響39-42
• 3.4 本章小結(jié)42-44
• 第4章 基于最優(yōu)軸荷比的多工況拓撲優(yōu)化44-54
• 4.1 前驅(qū)布置的拓撲及動力布置研究44-49
• 4.2 后驅(qū)布置的拓撲及動力布置研究49-53
• 4.3 本章小結(jié)53-54
• 第5章 基于人機工程的框架詳細優(yōu)化54-78
• 5.1 規(guī)整模型的尺寸優(yōu)化54-62
• 5.1.1 幾何結(jié)構(gòu)54-55
• 5.1.2 網(wǎng)格屬性55-56
• 5.1.3 工況設(shè)置56-57
• 5.1.4 優(yōu)化參數(shù)57-58
• 5.1.5 求解結(jié)果58-59
• 5.1.6 靈敏度分析59-62
• 5.2 人機工程學校核62-67
• 5.2.1 車身布置前期工作62
• 5.2.2 車身布置規(guī)劃62-64
• 5.2.3 更改模型64-67
• 5.3 修改后模型的尺寸優(yōu)化67-71
• 5.3.1 優(yōu)化過程67-69
• 5.3.2 求解結(jié)果69-71
• 5.4 空心梁優(yōu)化71-76
• 5.4.1 空心梁轉(zhuǎn)化71-74
• 5.4.2 空心梁壁厚尺寸優(yōu)化74-75
• 5.4.3 求解結(jié)果75-76
• 5.5 彎扭剛度校核76-77
• 5.5.1 彎曲剛度校核76-77
• 5.5.2 扭轉(zhuǎn)剛度校核77
• 5.6 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論78-79
• 參考文獻79-82
• 攻讀碩士學位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果82-83
• 致謝83-84
• 作者簡介84

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