摘 要

汽车作为人们出行的主要交通工具，其保有量逐年增加。它给人们出行带来了很大方便，但同时也消耗了能源，排放的尾气污染了环境。由于汽车轻量化对于节能减排有着重要意义，国内外各大汽车制造商以及科研机构都致力于减轻汽车的重量。汽车轻量化已经成为汽车技术发展的趋势。

汽车门槛梁作为车身结构的重要组成部分，涉及到汽车在碰撞过程中的安全性，其强度和刚度将直接影响到在侧面碰撞过程中乘员舱的变形情况。如何在汽车门槛梁上实现其结构轻量化,同时保证其结构刚度和碰撞安全性成为一大挑战。

本文应用UG和HyperMesh分别建立门槛梁的几何模型和有限元模型，并对其做三点弯曲仿真试验。通过LS-DYNA进行求解计算，并运用HyperWorks后处理软件对仿真结果进行分析，确定轻量化的性能指标。应用变厚度的方法对门槛梁模型进行优化，对修改后仿真模型进行求解计算和结果分析。

通过比较分析结果，优化后门槛梁的总质量比原来减少了0.29kg，降低了3.26%；而压弯过程中，在相同变形下所受的力增大，刚度增加；吸收能量比原来增加了154J，提高了25.67%。达到了在保证其碰撞安全性的同时实现轻量化的目的。

关键词： 门槛梁；轻量化；有限元法；尺寸优化

Abstract

As the main vehicle for people to travel, the quantity of cars is increasing year by year. More and more cars bring great convenience to people, at the same time,its consume a lot of energy, bring increasingly serious environmental pollution and traffic safety problems. Because the lightweight of the car is of great significance to energy conservation and emission reduction, many automobile manufacturers and research institutions are working to reduce the weight of the car. Automobile lightweight has become the trend of the development of automobile technology.

As an important part of the vehicle body structure, the beam of sill relates to the safety of the car in side crash. the strength and stiffness of the sill beam will directly affect the deformation of the passenger compartment during the side impact. It is a big challenge in order to realize the lightweight of sill beam and ensure its structural rigidity.

In this paper, UG software and HyperMesh software were used to establish the geometric model and finite element model of the sill beam, and the three point bending simulation test was done to finite element model. The calculation is carried out by LS-DYNA, and the simulation results are analyzed by HyperWorks software. The performance index of lightweiht is determined.The sill beam model is optimized by the method of variable thickness, the simulation model is calculated and the result is analyzed.

By comparing the analysis results, the total mass of optimized sill beam less 0.29kg than the original, reduces by 3.26%. In bending process,the stress increases under the same deformation, and stiffness increased. Energy absorption is more 154J than the original, improve by 25.67%. Achieve the purpose of lightweight and ensuring the safety of the side crash.

Key Words：sill beam；lightweight；the finite element method；size optimization

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 汽车轻量化的发展和研究现状 1

1.3 实现汽车轻量化的主要方法 1

1.4 课题研究的内容和方法 2

1.4.1 研究内容 2

1.4.2 研究方法 2

第2章 门槛梁有限元模型的建立 3

2.1 有限元法概述 3

2.2 车身门槛梁几何模型的建立 3

2.3 车身门槛梁有限元网格的划分 4

2.4 网格模型检查 5

2.5 连接和接触设置 5

2.6 材料和属性设置 6

2.7 本章小结 7

第3章 门槛梁有限元模型仿真分析 8

3.1 仿真模型的建立 8

3.1.1 创建两端刚性支撑 8

3.1.2 创建刚性墙 9

3.1.3 创建加速度传感器 11

3.1.4 计算参设数置 12

3.2 提交计算 13

3.3 仿真结果分析 14

3.3.1 HyperView后处理 14

3.3.2 HyperGraph后处理 15

3.4 本章小结 16

第4章 门槛梁模型轻量化设计 17

4.1 优化方法 17

4.2 尺寸优化方案 17

4.3 有限元模型修改 17

4.4 分析优化结果 19

4.4.1 HyperView后处理 19

4.4.2 HyperGraph后处理 20

4.4.3质量分析 21

4.5 本章小结 21

第5章 结论 23

参考文献 24

致谢 25

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

随着经济的快速发展和人民生活水平的提高，汽车在当今社会扮演着越来越重要的角色。正如我们所看到的，马路上行驶的汽车越来越多，它已经成为人们出行的主要交通工具，为人们生活带来很多便利，但同时也消耗了大量的能源，带来了日益严峻的环境污染以及交通安全等问题。

研究表明，汽车每减重10%燃油消耗可降低6%-8%，排放降低5%-6%。因此汽车轻量化是适应发展、节能减排的有效途径和手段。

汽车门槛梁作为车身的重要组成部分，其结构主要由内板、外板组成，它的强度和刚度直接影响到侧面碰撞过程中乘员舱的变形情况。因此，门槛梁的厚度设计需要满足车身的碰撞安全性要求。但是门槛梁的厚度并不能一味的增加，刚度过高会导致门槛梁变形困难，在碰撞过程中难以发生变形吸收碰撞能量，且厚度增加直接使得质量增加，不利于汽车轻量化。因此，在保证门槛梁碰撞安全性能的前提下对它减轻质量成为一大挑战。