田小青,刘志恩,袁 率

(1.武汉理工大学 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室，湖北 武汉 430070；2.武汉理工大学 汽车零部件技术湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430070)

随着我国汽车工业不断发展，节能和环保已经成为汽车研发的主要发展方向，而轻量化技术是实现节能环保的重要途径[1]。多材料混合的多学科多目标优化设计，可以充分发挥各种轻质材料的优势、最大程度地满足轻量化要求。但多材料一体化设计属于复杂非线性优化问题，目前仍处在起步阶段[2]。

汽车背门属于车身大型覆盖件，在车身质量中具有很高占比。使用多目标优化方法对其进行轻量化研究，不仅可以减少车身质量，实现节能减排，同时提高汽车动力性和安全性，而且可以作为整车轻量化的参考依据，提高新车型开发效率，降低开发成本，实现企业竞争力的提升[3]。

1 优化目标与约束

1.1 多材料背门成本计算方法

汽车企业逐渐将轻量化研究目标放在了轻量化材料的使用上。轻量化材料包括高强度钢、铝合金、镁合金以及复合材料等。铝合金是白车身中应用较多的轻量化材料，其密度只有钢材的三分之一，挤压成型性能好、耐腐蚀性强、且易于回收[4]的特性使之成为适用于汽车零部件的材料。镁合金的密度约为钢材的23%，若在车身中使用镁合金，可以比全铝车身进一步降低20%的质量[5]。此外，镁合金的电解能耗较低，成型性好，有很大的应用潜力。

笔者主要采用了低碳钢、铝合金和镁合金这3种材料进行汽车背门的轻量化设计，其材料属性如表1所示。……