基于拓扑优化方法的发动机罩板结构轻量化-研究

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1、同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所旱交的学位论文，是本人在导师指导’t-，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者繇彳文硼㈨月，7日第1章绪论1．1课题提出的背景及其研究意义自从人类进入21世纪，汽车工业得到了空前的发展，有关市场研究机构的最新报告显示，今年全球轿车和轻型

2、车的总产量将达到5490万辆，比去年增长3％左右(2003年数据)H引。如此大的产量使汽车工业面临着能源、公害和安全两大问题。众所周知，车用燃油是全球石油消耗的重要组成部分，全球汽车的石油消耗量达到每年90亿桶，约占世界石油总产量的40％(2003年数据)H8

3、。随着机动车总量的飞速增长，汽车尾气污染也同益严重。在许多城市，机动车已成为排放一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物等污染物的第一大污染源。为了应对可能的能源危机，改善环境污染问题，在不降低汽车性能的情况下，降低汽车的油耗具有重大的现实意义。据测算

4、：汽车质量每降低100kg，油耗就可减少0．2L／100Km--0．3L／100Km畸4

5、，因此根据目前世界庞大的汽车保有量，有效降低汽车质量，对于降低世界的能源消耗和缓解巨大的环境压力具有相当可观的效果。此外，对于汽车自身性能而言，减轻自重，将有利于改善汽车的转向、加速、制动等行驶性能，同时还有利于减轻部件振动和降低噪声，提高舒适性，有利于降低元件疲劳，提高耐久性。改革开放以来，我国汽车行业取得了空前的发展和进步，韩国汽车工业协会在同前发表的2004年世界汽车产量统计资料表明，中国汽车产量排名世界第

6、四，比世界第三名的德国仅低8．88％H引。但是汽车生产大国并不等于汽车生产强国。我国汽车行业还远未达到国际先进水平，国产汽车的可靠性，经济性，动力性，安全性，排放以及噪声等与国际指标仍有很大的差距。目前国内汽车普遍存在的问题是整车协调性差，设计中对问题往往采取局部加强的方法，这使得车重越加越大，而某些应该减少构件，减薄材料或改变结构形式的情况，却因缺少明确的数据依据不敢进行实施。因此开展汽车车身结构强度的计算工作，在满足结构强度和刚度的前提下，合理地进行结构设计，以达到轻量化的目的，对于汽车行业技术的

7、革新，对于中国汽车业的发展，都具有重大意义。第1章绪论1。2汽车轻量化的研究现状1．2．1汽车轻量化的概念汽车轻量化通俗的讲就是减轻汽车自身的重量，即在现有科学技术发展的情况下，运用现代设计方法，理念，或新型材料，零件技术在确保汽车各项性能指标不变的fj{『提下，尽量减轻汽车的自身重量，以达到节能、环保并提高汽车使用性能的目的。由于汽车轻量化对于汽车业，甚至整个国家工业体系有着相当重要的作用，各国都已将轻量化技术列为汽车工业发展的重要方向。目前轻量化技术的研究主要集中在以下几个方面：首先是结构优化，即

8、改进汽车结构，使部件薄壁化、中空化、小型化、复合化，从而完善结构的力学性能，达到使用更少的材料而获得更好性能的效果。其次是选用轻量化金属材料，使用一些材质轻而力学性能优良的新型材料如铝合金、镁合金、高强度钢材、工程塑料、复合材料以及陶瓷等来替换原有的普通钢材等材料。另外，还有一些汽车零部件的革新性变萄以达到汽车轻量化的目的，如采用燃料电池发动机，混和动力发动机等。目前汽车轻量化研究的方向及结构如下图1．1所示。图1．1汽车轻量化研究及结构图222汽车轻量化研究现状汽车轻量化存最近几年，直是l；回内外汽

9、年厂家=f

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11、研究机构的研究苇_h冈为儿显鲁的纤济效益和社会效益，啦々【丁嘏多的{iJ『宄行。从大¨0方I『

12、

13、柬再，口时轻量化主盟从结构和材料州个方面束展丌。结构方而，轿乍1身类型已从怍乐载，℃车身结构转化为了仝承找式车身结构。⋯“。全承毂式1身的主要特^为：1-身所n承载结栅采川刚性连接，干丁利车身结构的最优化，而且⋯J1墩消了_乍架，从而减轻了乍身的质墒：室内可利用的审Ⅵ较人，】-J槛低，卜下年方便．．仵此牡础}：优化改j{[午身结构．I一】以进一步提商抗振特性，lⅡ霏性。抗掩性和动力性能等特性

14、。在此基础lAudI公司首先摊m了ASF技术．即框架支承仝锚车身结构，此结构叫显小川于传统空删骨架结构或脊梁式车架．承载轮廓为骨架结构，其L卜_每个i!}

15、f什都仃承载功能”“。哦公刊使用传统技术生产外扳刺覆盖件．这些外覆盖件也片j术乐救。倡架结构山封闭的亢或曲粱构成。在高成力拐角或连接^以复杂的J1、铸什连接，相：增加刚度和有效吸收珊撞能晕的前提下，午身降重约加％。政种以乍身覆盖件埘闭半承载或仝承戴R架武车身的优血是，山午身目架保抖强度年¨刚度，其覆盖