汽车车身耐撞性与NVH多学科设计优化研究

将多学科设计优化运用在汽车车身耐撞性研究中,通过拉丁方试验设计获取采样数据点,同时,为了提高了计算效率,构建了考虑整车正撞安全性和白车身扭转模态优化设计的多学科系统的响应面近似模型,然后运用序列响应面方法结合多学科可行性方法对近似模型进行优化。避免了传统整车耐撞性和白车身NVH相结合的多学科优化设计方法计算量大,且在碰撞非线性系统优化中常常易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点。在较好地满足CMVDR294安全法规的同时,使得白车身的扭转模态值得到提高,在一定程度上改善了汽车的安全性、舒适性和平顺性。

基于Kriging近似模型的汽车乘员约束系统稳健性设计

在汽车乘员约束系统的设计过程中,其设计变量具有一定的不确定性。传统的优化设计由于忽略了不确定因素的影响,当设计变量产生波动时,往往会导致目标超出约束边界或目标函数对设计变量的波动极为敏感,从而使设计失效。针对某款微型客车,通过乘员损伤分析软件建立该车的正面碰撞乘员约束系统仿真模型并对模型进行验证。基于该模型将试验设计、Kriging近似模型和蒙特卡罗模拟技术相结合,构造基于产品质量工程的6σ稳健性优化设计方法,实现对设计目标的优化并提高了设计变量的可靠性和目标函数的稳健性。工程算例表明,该方法在乘员约束系统设计方面具有较强的工程实用性。

基于区域灵敏度及空间多层形貌的车身设计

提出了区域灵敏度分析方法,并通过设定关键区域的区域厚度变量,将灵敏度分析对象由单个零件的厚度变成关键区域的区域厚度变量。提出了基于优化空间重组及灵敏度筛选机制的空间多层形貌优化技术,对零件沿法向正反两个方向进行了结构形貌优化,并将两种方法应用到某车身轻量化设计中。应用实例表明,该方法可以成功地实现关键区域的灵敏度分析,并能大大缩短车辆开发时间优化。

汽车转向盘骨架性能的多学科设计优化

针对某款新车的转向盘骨架设计,为兼顾相互矛盾的碰撞安全性和疲劳耐久性,采用多学科设计优化对转向盘骨架若干截面尺寸进行了优化,实现不同性能的并行设计,缩短开发周期。为提高计算效率,通过实验设计构建了Kriging近似模型作为仿真模型。结果表明,该方法较好地满足转向盘骨架碰撞安全性的同时确保其疲劳耐久性,具有较强的工程实用性。

基于简化模型的汽车转向盘骨架设计研究

针对某款车转向盘骨架的设计,首先采用建立基于梁单元的转向盘骨架简化模型的方法,进行转向盘碰撞安全性能和NVH性能仿真分析,并通过试验验证了此简化模型的有效性。然后通过梁单元截面参数化,运用多学科设计优化方法,通过实验设计构建了RBF近似模型用于代替仿真模型,快速设计出最优的转向盘骨架截面结构,在满足转向盘的碰撞安全性能和NVH性能条件下,达到质量最轻的目的。结果表明:该方法不仅对转向盘的正向设计有一定的指导意义,同时能够实现转向盘碰撞安全性能和NVH性能两学科的并行优化设计,大大缩短了设计周期,具有较高的工程实用性。

汽车碰撞试验假人皮肤材料的参数研究

为了对假人有限元模型的开发提供准确的皮肤材料参数,对汽车碰撞试验假人皮肤材料进行了应变率分别为0.001、0.01、0.1和2 s-1以及压缩率分别为10%、20%和30%的单轴压缩试验,并通过试验数据拟合得出二阶Ogden模型参数。建立该压缩试验的有限元仿真模型。通过混合遗传算法(GA-LFOP)对二阶Ogden模型中4个材料参数进行优化,获得一组最佳拟合参数。利用不同碰撞速度下的假人头部跌落试验对反求得到的材料参数进行验证。仿真与试验结果吻合良好,误差小于4%。

基于阻尼特性鲁棒性的车身NVH性能设计

阻尼片作为控制车辆振动噪声的主要手段之一,其损耗因子和制造厚度的鲁棒性是造成车辆NVH性能波动的主要因素之一。主要对阻尼片进行研究以控制车辆NVH性能的波动,首先,建立阻尼片材料的四因子模型,采用麦夸特法对模型参数进行求解以获取损耗因子的不确定分布特性;采用模态应变能方法确定铺设阻尼片的位置;以阻尼片厚度为设计变量,以材料损耗因子为随机变量,运用组合优化方法遗传算法(GA)和序列二次规划法(SQP)组合进行鲁棒性优化设计,在保证车内声压级水平的条件下降低车辆噪声的波动性。以某MPV车型为算例进行优化设计,优化后单目标函数(SOF)均值为0. 465,标准方差为0. 004 7,可靠性达到99. 8%,比初始设计值提高了近1倍。

电动车车身正向概念轻量化设计

对某铝合金电动车车身进行了正向概念轻量化设计,建立了静动态工况下的车身拓扑模型,进行了基于动静态性能驱动的整车拓扑优化,确定了车身框架结构,并对拓扑优化结果并进行了工程修正,建立了几何结构初始模型。根据车身结构和截面特点,建立了车身简化力学模型,应用遗传算法进行了截面参数优化,基于优化后的参数建立了车身有限元模型,进行了接头区域灵敏度分析和优化,直至满足刚度要求。最后完成了样车试制和车身刚度试验验证,结果表明,设计出的铝合金车身结构满足了车身刚度要求,并达到了较好的轻量化效果。

基于逐步回归模型的汽车碰撞安全性多目标优化

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车工业的重要研究内容。面对传统优化方法难以找到汽车结构耐撞性问题多目标参数最优解的难题,在汽车结构碰撞安全性问题的研究中,结合试验设计、响应表面模型和有限元仿真程序提出一种基于逐步回归模型的多目标优化设计方法。利用该方法对以汽车前端结构的加强件作为设计变量,以整车质量、脚踏板在碰撞过程中的侵入量和整车碰撞加速度积分值作为目标函数的汽车100%正面碰撞以及40%正面偏置碰撞的多目标优化问题进行仿真优化研究,结果表明该方法对于汽车结构碰撞安全性的优化具有明显的效果。

基于移动最小二乘响应面方法的整车轻量化设计优化

汽车轻量化是汽车产业发展方向之一,也是一个汽车厂商和国家技术进步、先进程度的重要标志。优化汽车的结构设计是实现汽车轻量化的有效途径之一,文中采用拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,同时,为了提高了计算效率,将基于移动最小二乘拟合的响应面近似模型引入到整车正碰优化设计的复杂系统中,并利用序列响应面优化方法对近似模型进行优化,避免了整车碰撞传统优化设计方法计算量大,且在碰撞非线性系统优化中常常易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点。在满足了CMVDR294安全法规的同时,使汽车车身一些部件的板厚达到合理的配置,从而达到使汽车重量得到一定程度的减轻的目的。

基于可靠性优化的汽车乘员约束系统的性能改进

针对某款微型轿车,通过MADYMO软件建立并验证了该车的乘员侧正面碰撞约束系统仿真模型,并将试验设计、Kriging近似模型和可靠性理论相结合,构造了乘员约束系统可靠性优化设计方法。与传统的确定性优化结果相比较,可靠性优化结果不仅较好地满足了乘员约束系统的设计目标,而且大幅度地提高了系统设计约束的可靠性。

多目标遗传算法在整车轻量化优化设计中的应用研究

采用D-最优试验设计方法对汽车前部关键吸能部件的材料和板料厚度进行多参数空间的样本数据设计;为提高计算效率,将能够代表整车正面碰撞过程的高精度多参数近似模型引入到整车轻量化优化设计中,并利用多目标遗传算法对近似模型进行优化,使得车身前部吸能部件的板料厚度和材料得到合理配置,同时也使得整车质量和B柱加速度尽可能最小。在车辆安全性满足CMVDR294安全法规的同时,也在一定程度上减小了整车的质量。

10kW级光纤激光厚板焊接表面塌陷的试验研究

针对12mm厚的SUS 304不锈钢板的大功率光纤激光焊接过程中,焊缝表面容易出现塌陷的问题,利用高速相机及"三明治"焊接方法拍摄了熔池的流动状况。讨论了焊接位置和焊接速度以及底部驼峰的形成对表面塌陷的影响,研究了塌陷产生的原因。结果表明:从水平焊接位置到竖直焊接位置的过程中,表面塌陷平均深度逐步减小。焊接速度越小,小孔前沿孔壁上"凸台"越大,表面塌陷越严重。底部驼峰的形成,导致熔池熔融金属不足,形成表面塌陷。

5182Al/HC340LA异种金属件磁脉冲焊接数值模拟与试验验证

采用顺序耦合法建立了三维电磁场和变形场的仿真模型。采用Ls-dyna将有限元方法和边界元方法相结合,对5182Al/HC340LA板件磁脉冲焊接过程进行仿真模拟。通过分析仿真模型的电磁场和变形场,发现飞板的感应电流和电磁力出现了双波峰的现象并且感应电流在飞板的搭接区域形成了两个相连的矩形回路。放电能量是磁脉冲焊接过程中一个重要的工艺参数,随着放电能量的增加,飞板的感应电流、电磁力、板件塑性变形、碰撞速度也随之增加。开展不同放电能量下的磁脉冲焊接工艺试验,通过对比飞板的速度和变形量,发现试验结果与数值模拟结果吻合较好,验证了该数值模型的可靠性。

基于参数化的散料输送机械快速设计系统开发

为了解决散料输送机械的设计及其优化过程中存在的产品设计周期长、方案优化过程慢等问题,开发出一套针对散料输送机械的快速设计系统平台.以某公司斗轮机构的斗子和轮体为例,首先建立了参数化尺寸驱动的设计模型;然后基于参数化的原理利用有限元分析软件建立多目标优化分析模型,实现了产品的快速优化设计,提升了复杂钢结构的设计效率与准确性;最后将参数化设计与参数化分析优化模块进行高度集成,搭建完成快速设计系统平台,用户可通过快速设计系统平台的交互界面输入参数得到所需要的产品.工程实践表明,该快速设计系统对散料输送机械的系列化开发具有较好的应用前景.

基于可靠性的多学科设计优化在薄壁梁轻量化设计中的应用研究

针对对车身安全性有重要影响的薄壁纵梁进行优化设计,提出将薄壁梁的设计过程看作是一个需要考虑安全性、静态承载特性与一阶振动模态等方面的多学科优化过程的分析方法。同时,优化设计过程涉及材料、尺寸、焊点的布置等众多参数,传统的确定性优化设计结果往往都收敛于约束边界,而不能满足产品设计的可靠性要求。将试验设计、响应面模型、可靠性理论与遗传算法相结合,构造了基于产品质量工程的薄壁纵梁的可靠性多学科优化设计方法,与传统的确定性优化结果相比较得知,可靠性优化结果不仅较好地满足了轻量化的设计要求,同时也使得薄壁梁的使用可靠性有较大幅度的提高。

激光在线修整青铜金刚石砂轮数值仿真与试验

为了研究声光调Q YAG脉冲激光在线修整青铜结合剂金刚石砂轮,采用数值仿真和试验相结合的方法,在考虑金刚石石墨化过程的基础上,通过有限元数值模拟的方法建立了3维单脉冲激光烧蚀金刚石磨粒的数学模型和传热模型,研究了脉冲激光参量(离焦量、脉宽和激光功率)对金刚石磨粒去除厚度的影响规律,为激光修整参量选择提供了指导。结果表明,激光功率、脉宽和离焦量是影响脉冲激光金刚石磨粒去除厚度的最直接的因素,金刚石磨粒去除厚度随着激光功率的增加而变大;随着脉宽的增加而减少;随着离焦量的增加而减少。借助CCD和激光三角位移测量仪对砂轮表面跳动进行在线监测、采用闭环控制系统控制Q开关,实现了砂轮的在线修整,获得了良好的地形地貌,降低了砂轮圆跳动度误差,达到良好的修整效果。

面向刮底安全的电池包防护结构轻量化设计

为保护刮底工况中的电池包,提出了一种铝合金防护结构的截面-布置设计方法。建立了整车刮底仿真模型,并定义了电池包模组侵入量目标,通过对防撞梁进行三点静压试验和仿真分析验证了材料模型的准确性;对铝合金防护梁的截面进行拓扑优化,确定了防护结构的最优截面形状为“人”字形结构;对比分析了不同截面形状、安装位置和布置参数对刮底性能的影响,并研究了刮底防护的机理;最后,构建了混合近似模型,采用多目标海洋捕食者算法对结构进行截面-布置优化。研究结果表明,优化后的两种铝合金防护结构方案与原钢制结构方案相比,分别减重59.6%和46.8%,且电池模组侵入量满足要求。

某微型客车EPS系统车速感应系数设计与评价研究

汽车在不同车速下,驾驶员对电动助力转向系统(EPS)有着不同的助力需求。车速感应系数体现了车速与助力的关系,并直接影响助力曲线的设计。结合未装配EPS时的实验数据,求取若干车速下的车速感应系数值,然后用曲线拟合工具cftool,求出全车速范围的车速感应系数公式及其曲线。并在ADAMS/CAR中建立了整车模型,通过与MATALB的联合仿真,比较装配EPS前后的实验数据。结果表明:整车转向轻便性、回正性能及转向灵敏度都有很大的提高,验证了车速感应系数设计的合理性。

基于区域灵敏度可视化的车身结构优化

传统的灵敏度分析对象针对的是单个零部件的厚度,无法对车身任意包含多个零部件的关键区域进行分析,对于分析结果,鲜有人进行可视化方法研究。针对以上问题,提出了区域灵敏度分析方法,在每个区域设置一个该区域零部件共用的区域设计变量,通过该变量的变化来控制区域内各个零部件的厚度变化。提出区域灵敏度分析结果的可视化方法,将得到的灵敏度分析数值进行可视化,能够直观快速地看出各个区域间的灵敏度大小关系。对某一国产车型进行区域灵敏度分析并将结果可视化,对区域设计变量进行优化,并结合工程实际提出结构优化方案。应用实例表明,区域灵敏度分析能够用来识别车身任意区域的灵敏度大小,该可视化方法为数据的快速识别提供了重要思路。