基于多目标多材料拓扑优化的拼焊板结构优化设计研究

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1、学校代号10532学号S1502W0218分类号U463.82密级公开工程硕士学位论文基于多目标多材料拓扑优化的拼焊板结构优化设计研究学位申请人姓名谭冬冬培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称孙光永副研究员王建华高工学科专业车辆工程研究方向结构拓扑优化论文提交日期2018年4月23日学校代号：10532学号：S1502W0218密级：公开湖南大学工程硕士学位论文基于多目标多材料拓扑优化的拼焊板结构优化设计研究学位申请人姓名：谭冬冬导师姓名及职称：孙光永副研究员王建华高工培养单位：机械与运载工程学院专业名称：车辆工程论文提交日期：2018年04月20日论文答辩日

2、期：2018年05月20日答辩委员会主席：程军圣教授ResearchondesignmethodofTailorWeldedBlankbasedonmulti-objectiveandmulti-materialtopologyoptimizationbyTANDongdongB.E.(JiangnanUniversity)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinVehicleEngineeringintheGradu

3、ateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateResearcherSUNGuangyongSeniorEngineerWANGJianhuaMay,2018I基于多目标多材料拓扑优化的拼焊板结构优化设计研究摘要随着国家政策对汽车节能和环保要求的逐渐提高，汽车轻量化技术已成为了当今工程领域的重要研究课题之一。同时，竞争日益激烈国内外汽车市场，对汽车零部件产品的综合性能要求越来越高，如何在保证汽车零部件在满足其各项性能要求的前提下，进一步高效快速的实现其材料的合理布局，提高材料的利用率从而实现结构的减重设计，是汽车零部件轻

4、量化设计的关键所在。近年来，拼焊板(TailorWeldedBlank，TWB)技术被逐渐应用于汽车零部件的设计当中，通过激光焊接将不同材料或者不同板厚的母板焊接在一起能够有效减轻车身质量，提高零部件的局部强度、降低制造成本。但目前对TWB技术的研究大多集中在加工制造、冲压工艺、焊接性能等基础性研究方向，对于实际工程应用中的TWB优化设计问题涉及较少，且研究仍不够系统与深入。一些TWB的关键设计因素如拼焊材料的选择、焊缝位置的确定等仍然是依赖于设计者的个人经验，或是参考其它设计得到，致使无法最大限度的发挥出TWB结构的性能优势，TWB的总体设计水平仍然较低。为了

5、提高TWB结构的优化设计水平，本文提出了一种多目标多材料拓扑优化的方法，将拓扑优化方法与TWB相结合，考虑制造工艺约束，根据结构的具体工况以确定不同材料TWB的焊缝最优布置。采用改进后的双向进化结构优化方法进行优化，引入妥协编程方法及平均频率法来处理多目标问题。将所提出的方法应用于某汽车车门内板的拼焊优化设计，在确保TWB车门系统刚度及模态性均能满足其设计要求的前提下，车门系统减重12.8％，车门内板减重达27.6%以上，获得了良好的减重效果。所设计的方法可为工程轻量化设计及多材料拼焊板结构焊缝的合理布置提供一些有益的参考意见。关键词：拼焊板技术；轻量化；拓扑优

6、化；多材料；多目标；车门II工程硕士学位论文AbstractWiththegradualimprovementofenergyconservationpoliciesandenvironmentalprotectionrequirements,automotivelightweighttechnologyhasbecomeanimportantresearchtopicinthecurrentengineeringfield.Atthesametime,thecompetitionindomesticandforeignautomarketshasbecomei

7、ncreasinglyfierce,andtheoverallperformancerequirementsforautopartsandcomponentshavebecomehigherandhigher.Thekeytothelightweightdesignofautopartsstructureishowtoensurethattheautopartsmeettheirvariousperformancerequirements,improvetheutilizationofmaterialsandachievestructuralweightredu

8、ctiondesigno