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随着世界能源同益紧张和环境保护意识的不断增强,汽车轻量化将足今后很长一段时间内汽车工业发展的主要方向,在汽车的设计阶段采用数值分析的方法对汽车耐撞安全性、刚度、疲劳和振动噪声舒适性(NVH)进行分析,有效地提出改进方案是缩短产品丌发周期、节约产品开发成本行之有效的方法。而保证数值分析结果准确的重要前提是建立正确的有限元模型,采用能够描述车用材料在各种变形速率下力学行为的本构模型,建立正确的零件之间连接关系等。为了在汽车的耐撞安全性数值仿真中考虑不同应变率下材料变形的率敏感性,本文选取汽车中常用的双相钢DP600为研究对象,对其在高应变率和低应变率下进行力学拉伸试验,分析材料的应变率相关特性和材料的各向异性特性。在此结果基础上,基于一般金属材料采用的本构模型,建立两个适合于双相钢DP600应变率效应的本构模型——修正的Khan-Huang模型和混合KH-JC模型,并对两个模型进行比较。
将建立的修正的Khan-Huang模型写成积分形式,编制用户材料子程序,并与有限元软件ABAQUS接口,通过对均匀应力状态下材料的变形特性和试样在500s<-1>,1100s<-1>和1600s<-1>三个应变率下的拉伸过程进行数值模拟,并与试验结果进行比较,验证了本文建立的有限元模型和编写的有限元程序能够描述双相钢DP600在高应变率下的力学行为,为进一步在整车的碰撞过程中考虑材料的应变率相关性提供了更加准确的材料模型。
在汽车的耐撞安全性,疲劳和刚度等特性满足的条件下,汽车的振动、噪声和舒适性特性直接影响产品的竞争力,如何在汽车轻量化的同时保证汽车各项性能不降低是十分意义的研究。本文在国家863项目子课题的资助下,基于数值分析的方法,分别对奇瑞T11原车的刚度,模态、声学模态及200Hz以内车身频率响应进行分析,在此基础上,根据零件对车身刚度及NVH特性贡献度大小,提出白车身轻量化6.20%的方案,通过对轻量化前后车身刚度、频率响应进行比较以及对轻量化前后样车的刚度,模态进行试验比较,结果表明在车身减轻21.71kg的同时,由于零件厚度的取法更加合理,车身的刚度较原车提高6.855/0,车身的关键模态频率较原车基本保持不变。由于证明,采用数值分析的方法可以在产品的设计阶段对结构的各项性能进行研究和优化设计,从而达到减少物理试验,缩短产品开发周期和节约产品开发成本的目的。