基于结构和安全性能的前车门轻量化设计

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汽车轻量化作为降低能源消耗和污染排放的有力途径,已越来越成为汽车行业的研究热点。车门作为整车重要组成部分,其刚强度及耐撞性对整车性能有较大影响,而车门的轻量化是一项多参数、多工况的复杂问题,以往的轻量化常基于部分工况进行优化,未能综合考虑车门的结构及安全性能。因此,基于车门刚强度和碰撞安全性,进行多工况下车门轻量化设计具有一定的研究意义。本文以某乘用车为对象,针对车门的模态、刚度、强度和耐撞性等性能要求,对该款车型的前车门进行了轻量化设计研究。论文的主要研究内容如下:(1)首先建立左前车门的有限元模型,并按照相应规范搭建车门模态分析工况进行分析,判断车门的模态振型,为后续优化提供性能参考。(2)为综合评价车门结构及安全性能,按照相关分析标准,建立车门窗框角部刚度、窗框中部刚度、下垂刚度、内板腰线刚度、外板腰线刚度、上部扭转刚度和下部扭转刚度等分析工况,从而判断原始车门各项刚度性能,同时为后续轻量化设计提供优化目标及约束条件。参照GB15743-1995搭建了轿车侧门强度分析工况,对车门强度进行性能分析,判断强度是否达标。参照Euro-NCAP,建立了侧面柱碰撞的分析模型,对原车门耐撞性进行分析。(3)由车门强度分析可知,该车型原始车门的强度较差,存在优化空间。基于车门强度分析确定试验因素、指标以及各个因素的水平,采用正交试验设计以及简化模型的方法对车门的初始耐挤压力进行优化,使车门在增重幅度较低的前提下满足了强度要求。(4)基于已有的模态和刚度结果,确定了车门轻量化的目标和约束。对车门零部件厚度进行灵敏度分析,通过计算得出各个部件的性能比质量相对灵敏度,根据相对灵敏度结果,选定7个关键零部件作为优化变量,利用Optistruct完成参数优化,得到优化的板厚参数,并对该轻量化方案进行了模态、刚度、强度以及耐撞性的性能验证。
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