某轿车车门综合性能的评价及优化设计

【摘要】车身工程作为现代汽车产业链中研究的热点课题，是最为年轻同时发展非常迅速的分支结构。车门隶属于汽车开闭件范畴，是车身系统中的一个重要组成部分。其性能将直接关系到汽车总体的安全性、舒适性和耐久性。评价车门性能的指标主要包括：下沉刚度、扭转刚度、带线刚度、窗框刚度、模态频率、外板抗凹能力以及车门的耐撞击特性。借助于CAE分析软件，不仅要使所设计的车门满足企业制定的相关标准，更重要的是将CAE优化技术贯穿到新车型整个研发过程中。本文以整车CAE分析项目中的子项目车门部分的CAE分析为研究对象，主要研究内容和成果如下：(1)对某车型车门原始CATIA3D数模进行几何清理、有限元网格划分以及各分析工况约束和加载条件的确定，使所划分的车门有限元模型满足企业相关标准；(2)对车门有限元模型进行下沉刚度、扭转刚度、带线刚度、窗框刚度和外板抗凹能力的CAE分析，结果满足企业相关标准。进行模态分析，求解出的车门低阶模态的振型与频率值能够避开除白车身之外各激励源的共振，但车门一阶模态与白车身整体一阶弯曲模态存在共振的可能性。因此，将车门一阶模态的频率值作为优化的目标；(3)以我国《汽车侧面碰撞的成员保护》法规为基础，参照FMVSS214和Euro-NCAP标准等，对车门有限元模型进行侧面刚性柱碰撞试验。依据仿真结果做碰撞优化，将车门防撞梁的形式由原来的圆管改为Y字形板梁，优化结果提高了车门的耐撞击性能；(4)将灵敏度分析方法与响应面优化算法相结合，筛选出对车门主要特性指标下扭转刚度和一阶模态值有显著影响的设计变量，对车门进行基于部件厚度变化的模态特性优化设计。车门一阶模态值由35.52Hz增大到37.44Hz，增大的比例为5.13℅，在没有增加车门质量的基础上优化效果明显；(5)探讨实现车门轻量化的措施。应用CAE方法对应用新材料(铝合金2017)的车门结构进行轻量化设计。选择高强度钢—铝合金材料车门作为轻量化最终方案；
【作者】栾文哲；
【导师】尉庆国；
【作者基本信息】中北大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】车门特性；优化设计；响应面算法；灵敏度；车门轻量化；

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