基于有限元分析的发动机罩板轻量化设计及耐撞性仿真研究

发布时间：2023-07-25 00:01

　　目前,轻量化作为节能、保护环境、提高车辆性能的有效途径已成为世界汽车工业的发展趋势。本研究结合市场需求,以课题单位所需的某汽车发动机罩板为研究对象,对其进行轻量化设计与耐撞性验证仿真。主要研究过程与结论如下:(1)针对研究对象建立了有限元分析模型并对其进行了网格划分。以某企业汽车发动机罩板(下文简称罩板)为研究对象,选取四种工况,得到了相应初始模型的应力云图和位移云图,为轻量化设计提供了数值依据。(2)分析不同材料对罩板轻量化效果的影响,预设三种材料替换方案并对其进行了有限元分析。从强度、最大变形量、减重效果及经济效益的角度对各方案进行了综合比较,为材料替换方案的确定提供了数据基础,为进一步结构优化提供了基础。(3)在材料替换的基础上,为满足静态刚度需求,设定位移、一阶模态频率为约束条件,以加权应变能最小为优化目标函数,选用了一种基于变密度法的罩板拓扑优化方案展开研究。对优化后的罩板进行了四种工况下的有限元计算,对比了优化前后罩板的性能和重量,得出了该优化方案是合理有效的结论。(4)对罩板进行轻量化设计以后,为验证在非线性瞬态冲击下的安全性,选用显式法建立了罩板的非线性瞬态分析有限元模...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景与研究意义
    1.2 国内外相关领域的研究现状及发展趋势
        1.2.1 汽车轻量化技术的现状及趋势
        1.2.2 汽车耐撞性分析现状及趋势
    1.3 本论文的主要研究工作
第2章 汽车发动机罩板的有限元分析
    2.1 汽车发动机罩板有限元分析建模
        2.1.1 汽车发动机罩板有限元分析原理
        2.1.2 汽车发动机罩板有限元模型
        2.1.3 汽车发动机罩板模型有限元网格划分
    2.2 汽车发动机罩板工况分析
        2.2.1 正向弯曲工况分析
        2.2.2 侧向弯曲工况分析
        2.2.3 扭转弯曲工况分析
        2.2.4 模态工况分析
    2.3 初始汽车发动机罩板工况有限元分析
        2.3.1 初始正向弯曲工况有限元分析
        2.3.2 初始侧向弯曲工况有限元分析
        2.3.3 初始扭转弯曲工况有限元分析
        2.3.4 初始模态工况有限元分析
        2.3.5 汽车发动机罩板工况分析结果
    2.4 本章小结
第3章 面向材料替换的罩板轻量化设计
    3.1 新型轻量化材料分类
    3.2 材料替换方案
    3.3 材料替换轻量化设计有限元计算结果及对比
        3.3.1 材料替换轻量化设计有限元计算结果
        3.3.2 优化前后结果比较分析
    3.4 本章小结
第4章 基于拓扑优化的罩板轻量化设计
    4.1 拓扑优化概述
    4.2 拓扑优化过程
        4.2.1 基础理论陈述
        4.2.2 选用变密度法的拓扑优化过程
    4.3 罩板拓扑优化策略及其有限元计算
        4.3.1 策略设定
        4.3.2 拓扑优化有限元计算及结果对比
    4.4 本章小结
第5章 基于非线性瞬态分析的罩板耐撞性研究
    5.1 碰撞仿真基本原理
    5.2 基于非线性瞬态分析的罩板碰撞仿真建模
        5.2.1 非线性瞬态分析概述
        5.2.2 非线性有限元显式积分与时间步长控制
        5.2.3 接触力及约束条件
        5.2.4 沙漏能变形控制
    5.3 汽车发动机罩板碰撞仿真实验
        5.3.1 网格划分及单元选择
        5.3.3 碰撞仿真结果分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录1 攻读硕士学位期间科研成果
附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目



本文编号：3836771