。由此可以看出，車門內(nèi)板尚有一定的優(yōu)化空間，而車門外板的變形量已經(jīng)接近要求的極限，故不再進行輕量化設計。圖6-6拓撲優(yōu)化結果對車門內(nèi)板進行厚度方面的縮減，輕量化之后的各個厚度情況下窗框處和車門內(nèi)板帶線處的變形量如表6.1所示：表STYLEREF1\s6-SEQ表格\*ARABIC\s11各厚度車門內(nèi)板變形內(nèi)板厚度窗框變形量帶線變形量標準值0.80mm2.610mm3.624mm≤6mm，≤4mm0.79mm2.651mm3.894mm≤6mm，≤4mm0.78mm2.692mm3.998mm≤6mm，≤4mm0.77mm2.845mm4.187mm≤6mm，≤4mm通過分析可以發(fā)現(xiàn)，窗框處尚有較大的優(yōu)化空間，但由于帶線處的剛度的限制，最終選定的優(yōu)化后的厚度為0.78mm。對0.78mm的車門主體內(nèi)板和0.8mm的車門外板分別先后進行了兩個應用靜力學的實驗分析,分析后的實驗結果分別可以表現(xiàn)為結構如下的圖6-7,圖6-8,圖6-9,圖6-10所示。由圖可以看出窗框、內(nèi)板帶線、外板帶線、外板中部的應力分別為106.8MPa、112.41MPa、83.947MPa和59.58MPa，而內(nèi)板采用的DC05和外板采用的P-BH鋼的屈服強度分別為120MPa和180MPa，抗拉強度分別為270MPa和340MPa，都符合要求。本次優(yōu)化使車門內(nèi)板由19.909kg減重至19.314kg，減重了0.595kg，減重幅度為2.9%，一定程度上實現(xiàn)了輕量化的目的。圖6-70.78mm窗框應力圖6-80.78mm內(nèi)板帶線應力圖圖6-90.8mm外板帶線應力圖圖6-100.8mm外板中部應力6.6本章小結本章首先根據(jù)實際情況及相關分析文獻，確定了輕量化過程中車門內(nèi)外板需要注意的受力點。隨后對模型進行了簡化分析，在保證精度的情況下對一些不必要的倒角進行了處理，減少了運算量。隨后根據(jù)實際情況對車門進行固定之后，對車門窗框剛度、車門內(nèi)外帶線剛度和車門抗凹性能進行了有限元分析以及拓撲優(yōu)化，并根據(jù)分析結果以及拓撲優(yōu)化結果完成了車門內(nèi)外板的輕量化，輕量化后的車門外板減重了2.9%。符合要求達到了輕量化目的。7抗側撞梁的輕量化7.1引言在一輛汽車發(fā)生碰撞事故時,前部和后部的汽車碰撞因為有較厚的部件進行了緩沖,因此它們對于人體所造成的損失有了一定程度的削弱。但是車門在側面發(fā)生碰撞時,因為汽車車門的部分比較薄,對于碰撞的舒適性和緩沖能力相對較差,給車輛和乘員帶來的傷害要遠遠超過前后發(fā)生的碰撞。車門抗側撞梁就是為了增加車門的抗側撞能力而設計的，因此，對抗側撞梁的輕量化也應該滿足防撞前提，故采用側面柱碰撞進行仿真分析。由于動力分析時間較長，應在不影響計算精度和準確性的前提下，盡可能簡化分析模型，以減少計算時間。側柱碰撞是模擬側柱碰撞車門的過程，通過分析碰撞后的變形來分析汽車的抗側撞能力。根據(jù)美國FMVSS214側面汽車碰撞支撐防護結構保護法的規(guī)定,側面碰撞支撐柱的固定直徑上端應大約為305mm,下端則應高于左側車門底部127mm,上端則應高于右側車門下方的窗框至少13mm,以13.88m/s的速度撞擊車門[16]。由于電腦計算量的限制，本文只對抗側撞梁做碰撞分析。為保證安全性，側面柱初始速度仍設置為13.88m/s。7.2網(wǎng)格劃分鑒于考慮到了計算量和使用時間的問題,本文選擇了將網(wǎng)格所劃分的基本大小和尺寸限制為12mm,防止因使用網(wǎng)格過多而造成的計算量過大，從而減少運算時間，最終劃分為23312個網(wǎng)格。因為側面柱在碰撞過程中的變形量比較小，對分析結果的影響也不大，故將側面柱設置為剛體。網(wǎng)格劃分結果如圖7-1所示：圖7-1抗側撞梁網(wǎng)格劃分7.2動力學分析對車門抗側撞梁按照實際情況進行約束，約束抗側撞梁兩端與內(nèi)板接觸部位的6個方向的自由度。隨后對側面柱施加大小為13.88m/s，方向為由車門外側向車門內(nèi)側的初始速度。根據(jù)研究經(jīng)驗，一般整個碰撞過程在25ms以內(nèi)，為了減少計算量，本文將分析的終止時間設置為25ms。最終碰撞結果如圖7-2所示：圖7-2實心抗側撞梁變形7.3結果分析通過分析可以看到，碰撞結束后整個抗側撞梁的最大變形量為52.665mm。根據(jù)對張湘衡汽車車身側面碰撞[16]與結構分析研究的整合，碰撞25ms后一般車門內(nèi)板的變形量在250mm至270mm之間，為保證安全性，充分保證乘員的身體狀況，本文以250mm為最大變形量進行優(yōu)化。對不同厚度的抗側撞梁進行分析，結果如表7-1所示：表STYLEREF1\s7.SEQ表格\*ARABIC\s11各厚度抗側撞梁變形量抗側撞梁厚度最大變形量標準值8mm52.665mm≤250mm5mm83.115mm≤250mm4mm壓潰≤250mm經(jīng)過分析，抗側撞梁厚度為5mm時，其變形量為83.091mm，如圖7-3所示。因抗側撞梁與內(nèi)板尚有一定間隙，可以保證內(nèi)板變形量少于250mm，符合變形量要求，而當抗側撞梁厚度為4mm時，會出現(xiàn)被壓潰現(xiàn)象。為保證安全，選用5mm抗側撞梁，對其進行應力分析，結果如圖7-4所示。由圖可知，最大應力為1009.8MPa，而抗側撞梁采用的淬火后的BR1500HS屈服強度為1262MPa，抗拉強度為1737MPa，符合要求。經(jīng)過輕量化后的抗側撞梁的重量為5.063kg，相比原重3.884降低了1.179kg，減重比例為23%，達到了較好的輕量化效果。圖STYLEREF1\s7-SEQ圖\*ARABIC\s135mm抗側撞梁變形圖STYLEREF1\s7-SEQ圖\*ARABIC\s145mm抗側撞梁應力7.4本章小結本章主要針對車門抗側撞梁的抗側撞能力做出了分析。車門抗側撞梁是保證車門安全的重要部件，本次分析中由于計算量的原因只能直接對抗側撞梁進行分析，為保證安全性，碰撞初始速度和碰撞變形量仍按照整個車門碰撞過程要求。經(jīng)過優(yōu)化后的抗側撞梁減重了1.179kg，減重比例為23%。8對車門內(nèi)外板完成輕量化后整體的剛度分析8.1剛度指標車門剛度的主要指標是扭轉剛度和下沉剛度。目前，對車門剛度的評價在相應的標準和法規(guī)中還沒有明確的規(guī)定，因此研究通常參考國外一些典型模型的特征值進行比較分析。剛度要求車門扭轉剛度一般是指除車門開關轉動外，限制車門鉸鏈的五個自由度。門鎖限制上下左右兩個自由度的移動。門的四個角分別承受與門平面垂直的750N壓力[16]。扭轉剛度的計算用于模擬車門關閉或在危險邊界載荷作用下的工作狀態(tài)REF_Ref3427\r[20]。車門的下垂剛度主要是指限制車門鉸鏈的全部六個自由度，考慮車門自重和車門把手上的載荷，并按照國家標準750N乘員重量垂直向下施加到把手上。試驗評定標準：門在最大荷載作用下的下沉位移小于6.5mmREF_Ref3427\r[20]。表8-1扭轉工況邊界條件與計算結果扭轉工況工況一工況二工況三工況四約束方式在車門鉸鏈處約束X和Y方向上的三個移動自由度和旋轉自由度，在門鎖處限制X和Y方向上的移動自由度。在車門鉸鏈處約束X和Y方向上的三個移動自由度和旋轉自由度，在門鎖處約束X和Y方向上的移動自由度。在車門鉸鏈處約束X和Y方向上的三個移動自由度和旋轉自由度，在門鎖處約束X和Y方向上的移動自由度。在車門鉸鏈處約束X和Y方向上的三個移動自由度和旋轉自由度，在門鎖處約束X和Y方向上的移動自由度。加載條件向車門左上角施加Y向負方向750N的力。向車門左下角施加Y方向的750N力。向車門的右下角施加750N沿Y負向的力。向車門的右上角施加750N沿Y負向的力。Y最大位移量-9.7178mm-2.639mm-0.7554mm-8.623mm扭轉剛度77.17N/mm284N/mm979.8N/mm86.97N/mm圖8-1工況一下Y的最大位移圖8-2工況二下Y的最大位移圖8-3工況三下Y的最大位移圖8-4工況四下Y的最大位移表8-2下垂工況邊界條件與計算結果下沉工況工況一工況二工況三工況四約束方式三個移動自由度和三個旋轉自由度約束在車門鉸鏈處。三個移動自由度和三個旋轉自由度約束在車門鉸鏈處。三個移動自由度和三個旋轉自由度約束在車門鉸鏈處。三個移動自由度和三個旋轉自由度約束在車門鉸鏈處。加載條件向車門把手施加Z向負方向750N的力。在負Z方向上向門鎖閂施加750N的力。車門自身重。在負Z方向向車門內(nèi)板的質心施加200N的力。Z向最大位移量-3.9042mm-4.77mm-0.9717mm-1.26mm下沉剛度192.3N/mm157..2N/mm325.2N/mm289.35N/mm圖8-5工況一Z的位移量圖8-6工況二Z的位移量圖8-7工況三Z的位移量圖8-8工況四Z的位移量8.2本章小結前車門應有足夠的扭轉剛度與下沉剛度，在設計前車門時必須注意將前車門的變形控制在一定的范圍內(nèi)，保證車身結構性能良好。在輕量化后的條件下，對本車前面門進行剛度分析，可得如下結論：一般要求最大載荷時車門的下沉位移小于6.5mm。本車在四種工況下的下沉位移3.9042mm4.77mm0.9717mm1.26mm均小于6.5mm，符合剛度要求。

總結及展望總結本文的主要內(nèi)容是轎車輕量化過程中的車門設計，既包括車門的設計過程，又包括車門的輕量化過程。通過本次研究過程，較為系統(tǒng)的講述了車門的設計過程，同時也完成了輕量化的過程。本次輕量化設計不僅對車門的輕量化過程做了較為系統(tǒng)的闡述，對其他部件的輕量化過程也有一定的借鑒意義。本文所作的工作總結如下：系統(tǒng)的介紹了車門設計過程中應該注意的問題，闡述了車門設計的流程、方法和一般規(guī)范。本文主要講述了車門內(nèi)板、車門外板、車門抗側撞梁和車門內(nèi)飾板的設計過程，并對各個部件的連接方式做了一定的分析。車門內(nèi)板作為各個部分的依附部件，車門設計應該以車門內(nèi)板為基準，首先完成車門內(nèi)板的設計。但車門內(nèi)板的設計過程中也要考慮到與其他部件的配合。在完成車門主要部件的設計之后，本文講述了利用Soliworks軟件進行車門建模的過程。（2）隨后本文介紹了有限元軟件ANSYS系統(tǒng)，并且講述了車門的輕量化過程。車門的輕量化過程大體可以分為三個部分，因各部分的功能不同，對各個部分的要求也就不同，故針對各個部分分別做出輕量化設計。第一個部分為車門內(nèi)飾板的輕量化，車門內(nèi)飾板輕量化時主要考慮到乘員的舒適性以及一定的抗擠壓能力，故對扶手處和基面處進行靜力學分析并進行輕量化。第二個部分為車門內(nèi)外板的輕量化，車門內(nèi)外板輕量化過程中主要考慮到窗框剛度以及影響車門玻璃升降的帶線剛度，下垂剛度因主要受車門鉸鏈影響，但對輕量化影響不大，本文不予考慮。第三個部分為抗側撞梁的輕量化，抗側撞梁主要的性能是防側撞，因此對其強度和剛度有較大要求，受電腦性能限制，本文僅對抗側撞梁進行動力學分析，并根據(jù)分析結果做出一定的輕量化設計。通過本次畢業(yè)設計，我系統(tǒng)的學習了車門建模過程和輕量化的一般方法，進一步熟悉掌握了Soliworks軟件和ANSYS軟件的應用。經(jīng)過輕量化后的車門內(nèi)飾板減重0.1498kg，減重比例為5%，車門內(nèi)板減重0.595kg，減重比例為2.9%，抗側撞梁減重1.179kg，減重比例為23%?？傊亓坑?7.33kg減至25.4kg，減重1.265kg，減重比例為5%。展望受實驗條件的限制，本次車門的輕量化設計尚有較大的優(yōu)化空間，未來的優(yōu)化可主要從以下幾個方面進行。（1）建立完整的車門模型。本文設計建立的僅僅是輕量化中的必要模型，對車門限位器、門鎖等車門附件并未涉及，因此模型會有不準確之處，若建立完整的車門模型，對輕量化過程可能會有更大幫助。（2）運用多種形式的優(yōu)化方法，如材料優(yōu)化、形狀優(yōu)化和多目標優(yōu)化相結合的優(yōu)化方式。本文受模型和時間限制，只對車門進行了拓撲優(yōu)化對厚度的方面進行優(yōu)化設計，僅僅是進行了初步優(yōu)化，若采用多種優(yōu)化方式相結合的方式，可以進一步提高優(yōu)化效果。（3）采用更準確的優(yōu)化邊界條件。本文受電腦計算性能限制，抗側撞梁的優(yōu)化中直接對抗側撞梁進行了動力學分析，而未對整個車門進行動力學分析，故優(yōu)化過程中留有較大余量，可對此進行進一步優(yōu)化。本文采用的邊界條件參考不同車門邊界條件折中選定，可能不夠規(guī)范，若可以找到更規(guī)范的邊界條件，也可進一步輕量化優(yōu)化。參考文獻.顧海明.轎車車門系統(tǒng)CAE分析及優(yōu)化設計[D].哈爾濱工業(yè)大學范子杰.汽車輕量化技術的研究與進展[J].北京:清華大學，2019.1.王鐵.基于LS—DYNA的車門防撞梁碰撞仿真分析[J].沈陽：沈陽理工大學，2017.11．唐濤.側面柱碰撞條件下轎車車門抗撞性優(yōu)化設計[J].湖南:湖南大學，2016.2.FengXiong.Lightweightoptimizationofthesidestructureofautomobilebodyusingcombinedgreyrelationalandprincipalcomponentanalysis[J].JilinUniversity,19May2017.高云凱.多目標優(yōu)化在車門輕量化設計中的應用[J].上海:同濟大學，2017.2.鄧駿鴻.微型電動車車型概念開發(fā)及車門輕量化多目標優(yōu)化設計研究[D].廣州:華南理工大學，2016.1.鄭會景.汽車側面碰撞時成員骨盆損傷分析及保護研究[D].天津:天津科技大學，2018.3.王希杰.汽車側面碰撞安全分析與優(yōu)化[D].重慶:重慶理工大學，2018.5.康斌.國外汽車輕量化研究現(xiàn)狀分析[J].武漢：武鋼研究院，2019.4.王偉.汽車車門輕量化及側面碰撞安全性能研究[D].重慶：重慶交通大學，2019.6.NovitaSakundarin.Optimalmulti-materialselectionforlightweightdesignofautomotivebodyassemblyincorporatingrecyclability[J].Malaya：LembahPantai，4April2013.ULSACConsorti