某电动车身结构多目标优化设计及NVH性能研究

作     者：毕中飞 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吕彩琴;张敏

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：刚度 模态 传递函数分析 多目标优化 近似模型 

摘      要：近年来汽车设计与制造水平不断提高,人们对于汽车的需求也不仅限于其代步工具的角色,汽车驾乘体验当中的舒适性程度逐渐成为了选择汽车产品时考虑的关键因素。NVH性能是舒适性中最重要的指标之一,汽车行驶过程中受到的各种激励会通过车身结构将振动传递给车内,以耳旁声压和体感振动的形式被驾乘人员所接收。因此车内NVH性能水平与车身结构性能有着密不可分的联系。本文以某电动汽车为研究对象,对其白车身结构的基础性能和车内的噪声与振动性能进行了分析,并通过多目标结构优化设计方法使白车身扭转刚度满足目标值,同时改善了车内NVH性能表现。论文的主要研究内容如下:首先,基于有限元法对某电动汽车白车身进行标准化的网格划分和零部件连接的模拟,建立符合工程规范的白车身有限元模型。对白车身模型的基础结构性能刚度和模态进行分析与评价。车身刚度变形趋势总体过渡平缓,结构刚度分布均匀。白车身弯曲刚度和一阶整体弯扭模态均符合设计目标,而扭转刚度略低于目标值,需要对白车身结构进行优化。其次,在白车身的基础上增加开闭件、转向机构、车身附件等建立内饰车身有限元模型。以包络车内空间的结构建立声腔系统有限元模型并分析其模态性能,为车内声学研究作参考。以声固耦合理论为基础,将声腔系统模型和内饰车身模型结合为车身-声腔耦合有限元模型。在声固耦合模型和内饰车身模型中分别进行噪声传递函数和振动传递函数的分析,对车身各关键接附点施加单位激励,初步分析了解不同路径下的车内各响应点的声压和振动加速度情况。最后,利用灵敏度分析法从白车身的众多零部件筛选出扭转刚度相对灵敏度值较高和其他性能相对灵敏度值较低的设计变量。采用哈默斯利方法对设计变量进行试验设计,将得到的样本点试验矩阵帮助构克里金响应面近似模型。接着建立以扭转刚度最大化、质量最小化为目标,弯曲刚度、一阶整体弯扭模态为约束条件的多目标优化数学模型,通过多目标遗传算法找到了符合多个优化目标和约束条件下的整体最优方案。优化结果表明在兼顾车身轻量化的要求下白车身的模态、刚度性能均有提高并满足设计目标值;各传递路径下的响应点峰值声压和峰值振动加速度的合格率增加,车内噪声与振动性能表现显著改善。