铝合金是一种理想的车用轻量化材料。《中国制造2025》指明应尽快掌握汽车低碳化、轻量化材料等核心技术,建设从关键零部件到整车的完整工业体系,推进轻量化产业的快速发展。中国汽车工程学会提出,到2025年我国汽车单车平均铝合金用量要达到250kg。铝合金密度低,强度高,成型能力强,能够较广泛地应用于汽车产品;然而其弹性模量低,焊接性能不理想。以上问题在客车铝合金车身结构设计中,可能对整体性能如安全性、刚度和耐久性造成较大的影响,亟待采用科学方法进行解决。本课题主要内容如下:第一,铝合金连接件的力学测试与仿真。采用MTS万能试验机开展6082-T6材料的静力学拉伸试验;选择客车车身上应用较广泛的三种连接件,包括N型、L型和H型开展准静态三点压弯试验,研究连接件的力学性能及变形失效模式;采用有限元方法建立相应的仿真模型并进行验证。结果表明:三种连接件弹性阶段变形模式比较相近,在塑性变形阶段出现了不同程度的翘曲分离;仿真与试验的差异控制在10%以内,仿真准确性得到较好的保障。第二,铝合金车身侧翻安全性研究与刚度计算。建立某客车铝合金车身有限元模型,采用LS-DYNA开展ECE R66侧翻安全性仿真分析,研究铝合金车体在侧翻过程中的变形特征,并分析不同部位及形式连接件的吸能能力与失效形式。此外,计算了铝合金车体的弯曲刚度与扭转刚度。结果表明:侧翻过程中,当前铝合金车体骨架的各立柱均侵入乘员的生存空间,无法满足ECE R66侧翻安全性的要求;侧翻过程中的连接件变形模式与三点压弯试验的变形模型整体相似,初步提出了基于三点压弯有限元模型对连接件优化的思路。第三,客车铝合金车身连接件多目标协同优化。采用近似方法技术建立连接件多目标协同优化平台,使用最优拉丁超立方、神经网络和NSGA-Ⅱ遗传算法协同,在三点压弯工况条件下对以上三种连接件进行多目标优化,旨在同时获得最优的吸能能力与轻量化程度。优化结果显示,连接件的抗弯力、吸能和失效荷重均有大幅提升;优化后的铝合金客车车身段上部结构质量减少了 0.4%,静态弯曲刚度提高了 4.7%,扭转刚度提高了 3.0%;优化后客车车身符合了侧翻安全性标准。因此,可以说明以上方法能有效获得较好的协同优化方案。