微型客车车身静态灵敏度分析及优化.pdf

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1、汽车制造技术现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2012年第4期微型客车车身静态灵敏度分析及优化任光梅，田湘龙，李彦生(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京100124)摘要：通过HyperMesh软件建立了某微型客车车身的有限元分析模型，并验证了有限元模型的正确性。进行了车身弯曲刚度和扭转刚度对板件厚度的灵敏度分析。根据灵敏度分析结果，选择优化设计变量，以车身质量为目标函数，以车身弯fHj刚度和扭转刚度为状态变量，对车身进行结构优化。关键词：微型客车；有限元；灵敏度分析；优化中图分类号：U463．82．2；TBll5文献标志码：A文章编号：16

2、71_3133(2012)04---0031--4)4StaticsensitivityanalysisandoptimizationforminibusbodyRenGuangmei，TianXianglong，LiYansheng(CoUegeofMechanicalEngineeringandAppliedElectronicsTechnology，BeijingUniversityofIndustry，Beijing100124，China)Abstract：ThefiniteelementanalysismodelfortheminibmbodyissetupbyHyperMesh

3、andverifiedbytest．Thesensitivityofflexuralstiffnessandtorsionstiffnessaboutthethicknessofshellcomponentsoftheminibusbodya∞aIlalyzedrespectively．Basedonthesensitivityanalysisresult，choosingoptimizationdesignvariable，usingthebody’Sgrossma鸽astheobjectiveoffunction，u—singtheflexuralstiffnessandtorsions

4、tiffnessoftheminibusbodyasthestatevariable．thestructureofminibusbodyisoptimized．Keywords：minibus；finiteelement；sensitivityanalysis；optimizationO引言随着全球能源的日益紧张和人们环保意识的增强，安全、节能、环保和轻量化已成为当今世界汽车产业发展的主流方向。在满足安全法规和乘员舒适性的前提下，如何优化车身结构，实现车身的轻量化已成为目前汽车行业中研究的热点。据统计，汽车车身质量约．占汽车总质量的30％～40％，汽车每减轻其总质量的10％，燃油消耗量可降低

5、6％一8％。因此，最大限度地减少材料使用量，实现车身结构的轻量化设计对降低油耗、节约材料和降低成本具有重要意义。车身设计是一个复杂的工程，涉及参数众多，盲目改变参数，既延长了研发时间又浪费大量的生产成本。笔者采用灵敏度分析方法。以某微型客车车身为研究对象，在完成对车身结构静态灵敏度分析的基础上，选取对车身结构影响最为灵敏的部分进行优化。1灵敏度分析的理论基础灵敏度是关注指标对车身结构设计变量的变化梯度，在刚度分析过程中，体现为刚度对车身各板件厚度d数值的变化梯度，在数学意义上可以这样理解，若一个函数F(d)可导，其一阶灵敏度s为：s：攀粤(1／、u一^，＼dq式中：S为一阶灵敏度；F(d)为

6、车身结构性能参数；d，为车身结构设计变量。根据有限元法基本理论，对于一般结构静态有限元分析有HJ：[K]。。。{u}。。，={，}川(2)式中：[K]。。。为结构有限元模型的总刚度矩阵；{“}。。。为结构的位移向量；{，}。。。为结构的外载荷向量；厅为结构有限元模型自由度。记{“，。}川和{，，。}。。。分别为{“}川和{F}。。，对设计变量d的偏导数；[K，。]。。。为矩阵[K]。。。对d的导数矩阵。则式(2)对d求导得：[K，d]。。。{“}川+[K]。。。{Ⅱ，d}nxl=[F，。]若外载荷向量{Ff．。。为0，则：{F，d}川={0}川(3){u，d}。。。=一[K]：：。[K。。]

7、。。。{“}。。。(4)式中：[K]l。为结构有限元模型总刚度逆矩阵。结构有限元模型的总刚度矩阵是由各单元的相3l2012年第4期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)应矩阵叠加而成，即[K]⋯=∑[F]⋯，[r]⋯为扩展后的单元剐度矩阵，e为单元。[K]⋯=∑[r]⋯对d求导得：[K,dk=∑[r，“⋯(5)则式(4)可以改写为：iu，。}。=一[K]l。∑[∥，。]⋯{