《基於碰撞安全性的新能源汽車車身結構與材料最佳化研究》是依託大連理工大學,由楊姝擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於碰撞安全性的新能源汽車車身結構與材料最佳化研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：楊姝
項目摘要,結題摘要,
動力系統的改變需要汽車結構的改變。本課題針對合理布局新能源車身結構、提高新能源汽車碰撞安全性的需求，開展了新能源汽車車身結構和材料的最佳化研究。該研究以新能源汽車理論、汽車安全理論、有限元理論、材料學理論和最佳化理論為基礎，以NCAP的相關規定為依據，對新能源汽車在多種碰撞形式下的車身結構進行分析模擬，在不改變汽車基本外形的條件下，對車身結構進行最佳化設計，並設計具有特殊性能的材料結構，從而使改進後的車身結構滿足不同部位具有不同的剛度、強度和緩衝吸能性能的要求，使材料在車身內具有最優分布，達到增強新能源汽車車身結構穩定性和耐撞性的研究目的。本課題的開展有望推動中國新能源汽車車身結構最佳化研究和耐撞性研究的發展，取得具有自主智慧財產權的新能源汽車結構耐撞性方面的研究成果，為新形式的新能源汽車製造的產業化進行技術儲備，將對中國的汽車產業的發展，尤其是對新能源汽車設計研究的發展產生積極的作用。
本課題針對合理布局新能源車身結構、提高新能源汽車碰撞安全性的需求，開展了新能源汽車車身結構和材料的最佳化研究。該研究以新能源汽車理論、汽車安全理論、有限元理論、材料學理論和最佳化理論為基礎，以NCAP 的相關規定為依據，對汽車在多種碰撞形式下的車身結構進行分析模擬。基於變密度結構拓撲最佳化方法，以柔度最小化為目標建立了汽車白車身拓撲最佳化數學模型，分析了白車身結構柔度的設計靈敏度，並採用靈敏度過濾技術處理最佳化問題求解過程中可能出現的數值不穩定問題。根據對三種典型新能源汽車的車身載荷分析，在考慮體積約束和幾何約束的同時，對其白車身結構在靜載荷、彎曲載荷，以及扭轉載荷工況下分別進行拓撲最佳化設計，得到相應的最優拓撲結構。通過建立基於拓撲最佳化結果的白車身線框模型對其彎曲剛度和扭轉剛度進行了驗證。針對金屬薄壁管在吸能方面的優越特性，在進一步的新能源車身耐撞性細結構最佳化方面，本項目在車身碰撞分析的基礎上，以金屬薄壁管為研究對象，通過HYPERMESH和LS-DYNA對金屬薄壁管在軸向衝擊下的吸能性能進行研究。研究了單胞管與多胞管以及泡沫填充管在純軸向衝擊下的吸能特性，之後基於實際碰撞中斜向衝擊的機率更大，結合了多胞管的吸能優勢和錐型管的穩定性提出了一種新型的多胞管，通過數值仿真的方法證明了多胞管在斜向衝擊載荷作用下比吸能更高，衝擊峰值力更低。並且分析了載入角度、衝擊速度和結構設計參數對錐形多胞薄壁方管和泡沫填充管斜向衝擊吸能特性的影響，為進行了這些結構耐撞性最佳化設計。本課題的開展推動了中國新能源汽車車身結構最佳化研究和耐撞性研究的發展，取得具有自主智慧財產權的新能源汽車結構耐撞性方面的研究成果，為新形式的新能源汽車製造的產業化進行了技術儲備，將對中國的汽車產業的發展，尤其是對新能源汽車設計研究的發展產生積極的作用。
