某电动汽车车身耐撞框架结构拓扑优化设计研究

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1、学校代号10532学号S12021070分类号U463密级公开硕士学位论文某电动汽车车身耐撞框架结构拓扑优化设计研究学位申请人姓名谭纯培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称成艾国教授陈涛讲师学科专业机械工程研究方向汽车被动安全论文提交日期2015年5月20日学校代号：10532学号：S12021070密级：公开湖南大学硕士学位论文某电动汽车车身耐撞框架结构拓扑优化设计研究学位申请人姓名：谭纯导师姓名及职称：成艾国教授陈涛讲师培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2015年5月20日论文答辩日期：2015年5月30日答辩委员会主席：龚金科教授ResearchonCra

2、shworthyFrameStructuresCrashworthinessTopologyOptimizationDesignofElectricVehicleBodybyTANChunB.E.(HunanUniversity)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorCHENGAiguoLect

3、urerCHENTaoMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进巧研究所取得的研究成果。除了文中特别加［＾＾示注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重耍贡献的个人和集体，均已在文中［＾＾明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：胃日期；煎巧年＾月３日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，貝意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，义许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学

4、可Ｗ将本学位论文的全部、或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１、保密□在年解密后适用本授权书。，２、不保密团。＂＂（请在上相应方框内打Ｖ）扣１５＆３日作者签名：日期；年月一导师签名期：年＾月＾曰某电动汽车车身耐撞框架结构拓扑优化设计研究摘要随着中国汽车消费者对汽车需求的日益增大，我国汽车保有量不断地提高，随之造成我国汽车交通安全事故发生率也日益增加。由于人们对汽车碰撞安全性能的关注和认知日益提高，汽车的安全性能也成为了除舒适性和动力经济性之外，人们购买汽车前重点考虑的性能之一。在满足国家

5、现有安全法律、法规以及C-NCAP的星级评定指标的同时，汽车厂商还需迎合消费者们的市场需求，不断地提高车辆结构设计的碰撞安全性。在汽车车身设计过程中，如果在车身结构确定后进行拓扑优化，很难对原始的结构进行较大的改进。因此，在汽车开发的概念设计阶段，将拓扑优化方法用于车身结构的设计，并结合知识工程进行车身典型截面的设计，能够在概念设计阶段进行车身碰撞关键零部件的结构设计，在较短时间内有效地找出最优碰撞载荷路径，进而提升整车的碰撞安全性能。为求解耐撞性拓扑优化问题，本文提出了基于能量控制混合元胞自动机的拓扑优化方法：首先，运用LS-DYNA显式有限元算法，以混合元胞自动机作为优化计算模型。采用

6、有限元法进行结构分析获得优化过程中的每次迭代信息，设计变量中的局部改变由比例局部控制规律来确定。然后，在拓扑的结构中区分柔性区域和刚性区域，通过选取最佳的控制规律，赋予它们不同的设计尺寸和质量分数约束，控制结构的能量吸收分配。最后，将该方法用于单工况和多工况连续体拓扑优化设计，证明了该方法的可行性和准确性，并将所得结果与传统方法对比表明，该方法能降低碰撞力，提高碰撞过程中结构的耐撞性而且吸能过程平稳。本文以实际工程为依托，将基于能量控制的耐撞性拓扑优化方法用于某电动汽车车身耐撞框架结构设计中。在电动汽车前保险横梁的结构设计时，以高速碰撞工况来优化结构的耐撞性能，然后进行保险杠的低速摆锤碰撞

7、仿真及台车低速碰撞仿真，并与文献结果进行对比分析，验证了本文方法在提高耐撞性的潜力及准确性。在电动汽车电池箱体结构设计时，将耐撞性拓扑优化方法应用到车辆实际开发过程中，同时兼顾电池箱体的静态特征，把动态及静态特征同时作为拓扑优化条件，与传统的拓扑优化设计只对静态或动态特征单独优化相比，本文通过多目标并行设计，优化结果更贴近实际工况、具有指导意义。结果表明，改进后的箱体结构模态分析、耐撞性分析结果均优于原始的结构，且箱体重