Optimización paramétrica y topográfica de una carrocería de automóvil para escenarios de rigidez y vibración

Abstract

En la industria del automóvil, el peso siempre ha sido un factor determinante. La principal ventaja de hacer un coche más ligero es la reducción del consumo de combustible. El modelo de carrocería utilizado deberá estar correctamente modelado, teniendo en cuenta distintas uniones como puntos de soldadura, adhesivos o uniones atornilladas. En este proyecto el objetivo principal es conseguir una carrocería ligera y eficiente, optimizando su diseño y comportamiento según distintos escenarios de rigidez y vibración. Esto se llevará a cabo mediante la optimización paramétrica y la optimización topográfica. La primera usará los espesores de las chapas como variables de diseño, mientras que la segunda se apoyará en la morfología de las chapas. Las condiciones para la optimización se establecerán con un análisis modal. La función objetivo será la de disminuir más siempre y cuando se llegue a un umbral de la frecuencia del primer modo de torsión. Se estudiará en la optimización topográfica el uso de buñas y como pueden afectar a la rigidez torsional. Para que la masa no se reduzca en exceso, se monitorizará la rigidez estática mediante un análisis estático torsional. Los resultados arrojan valores cuantitativos aunque podrán variar de una carrocería a otra. Por eso los resultados expuestos tienen un carácter más cualitativo, donde se describe la metodología seguida, el compromiso entre frecuencia y masa, y cómo se deben diseñar correctamente refuerzos morfológicos como buñas.

In the automotive industry, weight has always been a determining factor. The main advantage of making a car lighter is the reduction of fuel consumption. The body in white model used must be correctly modelled, considering different joints such as spot welds, adhesives or bolted joints. In this project, the main objective is to achieve a lightweight and efficient body, optimising its design and behaviour according to different stiffness and vibration scenarios. This will be done through parametric optimization and topographical optimization. The first one will use the sheet thicknesses as design variables, while the other will rely on the morphology of the sheets. The conditions for the optimization will be established with a modal analysis. The objective function will be to decrease further as long as a threshold of the frequency of the first torsional mode is reached. The use of morphological reinforcements and how they can affect the torsional stiffness will be studied in the topographical optimization. To ensure that the mass is not reduced too much, the static stiffness will be monitored by means of a torsional static analysis. The results give quantitative values although they may vary from BIW to BIW. Therefore, the results presented are of a more qualitative nature, describing the methodology followed, the trade-off between frequency and mass, and how morphological stiffeners such as morphological reinforcements should be designed correctly.