汽车车门结构仿真分析与多目标优化研究

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汽车车门和车身其余构件共同构成了整车框架总成,为整车中第一个与乘客交互的系统。车门本体主要包含内板、外板及各个加强板等组成部件,它属于白车身的范畴。车门本体是整个车门组成中非常重要的部分,车门的各项刚度、强度、碰撞安全性及其整体造型均主要取决于车门本体。车门设计不合理可能使得自身无法正常关闭、密封性能下降、下沉及扭转变形和表面凹陷等现象,不单会对车内人员的安全性和舒适性产生影响,还会加速其它汽车构件的破坏程度。因此,车门的结构优化设计已成为当今汽车设计中一项重要的内容。目前车门的尺寸优化设计主要是选取车门模态、车门刚度和碰撞安全性中的一至两个性能作为优化目标,不能更全面的提升车门整体性能。而且,在选取多个目标进行优化设计时,由于运用多个不同求解类型的分析软件,各软件之间的数据传递亦耗费很大的人力成本,降低了工作效率。本文结合实验测试和计算机仿真技术,采用ISIGHT自动化平台对某车型车门进行多目标优化设计。针对某款皮卡车型在调教过程中车门结构振动情况异常的问题,采用有限元软件HYPERMESH建立车门系统的数值仿真模型,计算车门的固有频率、下沉刚度和碰撞性能,并将模态结果与试验结果相比较,来验证数值模型的正确性。然后,以车门各部件厚度为变量,利用灵敏度分析综合筛选出对车门质量、下沉刚度、低阶模态和侧面碰撞安全性影响较大的部件作为可优化部件。为了提高计算的效率,本文基于ISIGHT自动化平台,综合利用NASTRAN以及LSDYNA等软件,构建了该优化问题的径向基神经网络模型,再对该模型运用NSGA-Ⅱ方法进行多目标优化设计。计算结果表明,优化后的车门避开了发动机的共振频率范围,刚度及碰撞安全性等各项指标也有了一定的提升。本文的研究方法和结论可以为该车型的改进工作提供理论参考,同时为同类车型的开发提供了一定的指导方向,具有一定的实际应用价值。
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