基于车门结构的多目标优化设计方法研究

为了同时考虑车门结构多响应的最优性和响应对可控因子波动的稳健性问题,文中基于车门的1阶频率、侧向刚度、垂直刚度、侧面碰撞多种工况,提出了一种多目标优化设计方法。通过对整车碰撞模型的简化,提高设计效率,采用拉丁超立方试验设计和响应面方法得出各响应的近似数学模型,并在此基础上构建包括最优性和稳健性在内的总体多目标优化模型,最后利用遗传算法对其进行求解。最终优化结果在车门质量不增加的情况下,各个响应的最优性和车门结构整体稳健性都有提高,达到了预期优化效果。

满意协调法在OptiStruct中多目标拓扑优化中的运用

为了研究多工况下静态刚度和动态振动频率为目标函数的拓扑优化结构设计,提出了一种连续体结构多目标拓扑优化的研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数(SIMP)的插值模型,采用满意协调法把多目标问题转化为单目标问题,从而避免因单目标拓扑优化而不能满足车体结构性能要求的缺点,同时通过一些变换,规避了满意协调法中不含等式约束这一条件。运用OptiSt-ruct平台,以发动机盖为实例进行多目标拓扑优化,并与已经用于生产的成熟的发动机盖模型进行对比,验证了优化方案的可行性。

基于A柱结构改进的某越野车偏置碰撞性能优化

为了提升某越野车40%偏置碰工况的碰撞安全性能,对车身A柱结构进行了优化,建立了可信度较高的有限元仿真模型,通过分析试验和仿真结果,提出了优化方案。该方案能满足工艺要求及重量要求,又能使偏置碰性能大幅度提升。优化后,偏置碰工况的门框变形侵入减少37%~51%,IP后退量减少约40%,踏板投影点侵入减少4%~25%。

基于自适应响应面法的车身结构轻量化设计

依据现代设计理论和方法,对在承受顶部加压工况下的乘用车的车身结构进行轻量化设计。在车身结构轻量化设计过程中,采用正交实验设计进行样本取样,根据所得样本数据,利用移动最小二乘法构建回归模型,同时为了避免传统响应面法完全依赖于最开始选定的实验点的问题,而选取自适应响应面法为优化手段。利用HyperStudy软件进行优化求解,得到优化后的部件厚度分别为2.0、1.2、1.7、0.5 mm。通过验证,在保证车身顶部安全性能不损失的前提下,使得部件总质量降低了2.23%。

基于侧面碰撞安全性的汽车车身结构优化设计

针对车身的侧面碰撞安全性与轻量化两学科相互制约的问题,建立某SUV侧面碰撞仿真模型进行研究,并对其仿真结果进行分析,分析得到对车身安全性有重要影响的关键构件并将其厚度作为设计变量;通过均匀试验设计获取试验数据,并用逐步回归方法构造整车侧碰安全性和轻量化等性能相关的响应面近似模型,然后运用序列二次规划法(SQP)结合基于自适应加权的多目标优化方法对车身结构进行多学科协同优化。在保证整车轻量化目标的同时,显著提高了车身侧面碰撞安全性。

基于TRB技术的车身减量化设计与优化分析

连续变截面薄板(Tailor Rolled Blank,TRB)是新型的厚度连续变化的板材,它是实现轻量化的有效途径之一。基于TRB技术,结合车身碰撞力的传递路径及载荷流的合理分布的设计方法,以某款SUV车侧面碰撞中的主要关重件为例,对其结构进行优化设计。研究表明:应用新型TRB板材,在侧面碰撞过程中降低了整车的变形和胸部以及骨盆处侵入速度峰值,保证在耐撞性不减的前提下,整车质量减轻了5.5 kg,零件数量减少了5个。相应地也减少焊接工艺、生产工序,同时实现耐撞性和减量化的双重目标。

某越野车的行人保护头部性能优化

对某越野车行人保护头部性能进行优化改进。首先,根据试验结果对标仿真模型,使得冲击点位置、数目与试验一致,并且使得头部HIC(Head Injury Criterion,头部伤害指标)仿真误差控制在±10%以内;其次,从结构、空间等方面对该车型的头部性能得分进行全面分析;最后,考虑改款车型在造型及空间布置方面的限制,优化工作从结构入手,对发动机罩盖结构进行优化。优化后,头部得分从4.32分提高到7.66分,考虑腿部目标分解得到2.5分,行人保护性能总得分率为68%,满足2018版C-NCAP行人保护五星分项目标要求。

基于逐步回归模型的汽车正碰性能改进设计

汽车碰撞是一种不连续、非线性、大变形过程,改进其结构涉及到多变量、多约束、多目标的优化。采用整车正碰过程中的关键吸能薄壁构件为研究对象,对薄壁构件的比吸能最大化,整车初始碰撞力峰值及加速度峰值最小化进行多目标优化。论文以薄壁构件的厚度为设计变量,采用均匀试验设计法安排试验,并利用逐步回归分析对仿真试验数据拟合建立高精度的代理模型,最后利用虚拟目标法对代理模型进行多目标求解。在保证汽车正碰驾驶室有足够安全空间的前提下,显著的提高了薄壁构件的比吸能及降低了初始碰撞力和加速度峰值。

某越野车小偏置碰撞结构优化

针对25%小偏置碰工况,提出建立两道防线来应对,即前机舱设计的主动防线和乘员舱设计的被动防线,其中前机舱设计是应对小偏置碰的关键。利用建立的小偏置碰数学模型,推导出前机舱设计的两种思路:车体与壁障的重叠量最小、前机舱结构吸能最大,并且给出这两种思路的参考结构(shotgun环型结构)。利用这个设计思路对某非承载式车身越野车的前机舱和乘员舱进行设计优化,使小偏置碰性能的车体结构评价结果由POOR提升为GOOD,证明设计思路的有效性;同时,为了更好地利用承载式车身的结构特点,对承载式车身的汽车结构设计提出了建议。