基于SHCA-T算法的车身骨架多工况耐撞性优化设计

为解决多变量非线性动态结构优化效率低、难以收敛等问题,提出求解车身骨架厚度优化的子区域混合元胞自动机(SHCA-T)算法以及多工况SHCA-T算法,实现车身骨架多工况耐撞性高效优化设计。该方法包括内外两层循环:外层循环主要开展碰撞仿真分析、计算输出响应,更新目标质量,实现结构质量的最小化;内层循环主要根据当前元胞及其邻胞的内能密度,按照PID控制策略调整元胞厚度,使内层循环的当前质量收敛于目标质量;最终使元胞内能密度分布尽可能逼近阶跃式目标内能密度函数。为了验证SHCA-T和多工况SHCA-T算法的精度和效率,将其用于求解侧面碰撞和侧面柱碰工况下车身骨架的厚度优化问题,并与基于伪CEI准则的并行约束EGO(EGO-PCEI)算法的优化结果进行对比。结果表明:在收敛精度相当的条件下,SHCA-T和多工况SHCA-T算法具有更高的全局搜索效率。

锥形薄壁梁斜向耐撞性优化设计仿真研究

由于薄壁结构具有低成本和高能量吸收效率的特点,被广泛地应用在汽车车身上。在碰撞载荷作用下,薄壁结构有3种变形形式,即渐进压溃、欧拉变形和混合变形模式,其中最利于吸能的变形形式是渐进压溃,一般在纯轴向载荷中出现。实际交通事故情况复杂,斜向撞击更为普遍,由此导致的欧拉变形时常发生。研究目的就是提高薄壁结构在轴向和斜向碰撞下的耐撞性。首先选取7种不同截面型式薄壁锥形梁,通过改变斜向冲击的夹角,计算得到不同结构型式的比吸能(SEA)。对7种截面型式的薄壁结构进行夹角为0°、15°和30°载荷工况的碰撞仿真,对比其性能表现,选取耐撞性最佳的结构。在此基础上,以SEA为优化目标,以碰撞峰值力F_(max)为约束,通过0°、15°和30°的工况的有限元仿真,利用代理模型的方法寻找该结构的最优参数,最终得到的优化结构斜向耐撞性得到大幅度提升。

挖掘机滚翻保护结构的耐撞性分析及轻量化设计

为提高某型号挖掘机滚翻保护结构(ROPS)的耐撞性并降低其总质量,研究使用结构响应分析及多目标优化方法对其进行优化。通过部件吸收的能量和承受的截面力等结构响应,评估ROPS中的各个部件对结构吸能特性和变形机理的影响。根据结构响应分析筛选出可提升结构吸能量并降低质量的部件,将其厚度作为设计变量,以乘员与ROPS之间的最小距离(安全距离)最大化、质量最小化为目标函数,以ROPS的吸能量为约束函数进行多目标优化。优化结果表明:最优解在满足ROPS性能要求时,安全距离增大121.77%,结构总质量下降10.62%,该研究可为工程机械的ROPS轻量化设计提供指导。

基于耐撞性的汽车钢铝混合帽型前纵梁开发研究

前纵梁是影响汽车正面碰撞效果的关键零部件,传统汽车主要采用钢制前纵梁结构,尤其以帽型薄壁梁的应用最为广泛。本文选择某款量产车作为基础车型进行研究,针对其传统的钢制帽型前纵梁结构,进行钢铝混合方案的探索与开发,探究基于整车耐撞性的钢铝混合方案可行性,实现改善车辆正面碰撞性能的同时,提升汽车的车身轻量化水平。

纯电动汽车车身结构耐撞性的整体拓扑优化设计

针对传统分散拓扑优化不能获得优化结果的整体性能最优的缺陷,提出了一种整体拓扑优化策略,并运用到纯电动汽车车身概念优化设计中。采用耐撞性拓扑优化法,以车身结构的耐撞性为设计目标,并以结构变形量和优化质量比为约束条件,综合考虑六种碰撞工况,得到轮廓清晰的车身拓扑构型;然后对该构型进行耐撞性性能分析。结果表明,整体拓扑构型不仅满足碰撞安全要求,而且整体优化的结果优于分散优化。

多工况耐撞性拓扑优化中的碰撞载荷以大吃小问题分析

建立多工况应力约束下耐撞性拓扑优化模型,通过对多工况拓扑优化结果与单工况拓扑优化结果进行对比,证实了进行多工况耐撞性拓扑优化时,若工况间碰撞载荷相差较大,则拓扑构型基本由碰撞载荷较大的工况决定,碰撞载荷较小的工况对应的传力路径被删除,出现碰撞载荷以大吃小现象,最终拓扑结果不是一个各工况传力路径的最优组合。然后基于二分法求解原理,依次改变工况间碰撞载荷比值,寻找到多工况耐撞性拓扑优化中以大吃小现象的碰撞载荷比值临界点。

洞庭湖二桥护栏立柱的耐撞性拓扑优化和尺寸优化

为设计出防撞等级达到HA级(760kJ)的临湘至岳阳高速(简称"大岳高速")洞庭湖二桥桥梁钢护栏,文章基于耐撞性拓扑优化方法,对桥梁钢护栏立柱进行了拓扑优化分析,获取了矩形截面形式的桥梁钢护栏立柱拓扑构型,基于现行评价标准与正交试验设计方法,对矩形截面桥梁钢护栏立柱进行了优化设计,确定了厚度的最优参数组合;对最优参数组合的护栏立柱进行质量计算并运用4种车型进行验证分析,结果表明,碰撞仿真计算所得车辆运行轨迹、车体加速度等护栏安全评价指标满足安全性能评价标准要求。

基于近似模型的非线性区间数优化方法及其应用

在不确定优化中,非线性区间数优化方法由于需要嵌套优化,造成计算效率低下而阻碍其应用于工程实际。本文提出了一种基于径向基函数近似模型的求解方法,以提高非线性区间数优化方法的计算效率。该方法利用拉丁超立方实验设计方法采样,建立目标函数和各约束的径向基函数近似模型。利用近似模型代替嵌套优化中的真实模型,再用非线性区间数优化方法进行求解,从而提高了非线性区间数优化方法的计算效率,使得该算法在工程应用方面成为可能。用一个测试函数验证了该方法的可行性,最后将方法应用于车身薄壁梁的耐撞性优化。

TB级可导向防撞垫吸能盒拓扑优化设计

为了可导向防撞垫轻量化设计,基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,对可导向防撞垫吸能盒进行多工况拓扑优化分析,提取了吸能盒拓扑构型。并且利用正交试验设计方法,以车辆多工况碰撞中最大的加速度为考核指标,对矩型截面吸能盒的截面参数进行了优化设计,确定了矩型截面吸能盒的最优参数组合。最后,对正交试验优化前后的防撞垫进行多工况有限元仿真分析,并且将正碰工况下优化后防撞垫与现存防撞垫加速度对比,结果表明通过优化后获得的吸能盒较优化前缓冲性能更优,能更好的保护乘员安全。

基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法及其应用

针对复杂工程多目标优化中求解精度受近似模型精度影响大的问题,提出了一种基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法。该方法在每一个优化迭代步中首先采用拉丁超立方实验设计方法获得样本点,并基于这些样本点建立各目标和约束的二阶响应面模型,接着用所建立的响应面模型代替真实模型进行多目标优化,优化算法采用微型多目标遗传算法,然后通过信赖域模型管理方法来管理近似模型。该方法大大降低了近似模型对求解精度的影响。该方法在车身薄壁构件的耐撞性优化中的应用验证了其解决复杂工程多目标优化问题的能力。

地铁车辆底架前端传力路径及结构优化方法

根据力流路径分配最优原则设计出不同的底架前端吸能区结构布置方案;基于Beam梁单元简化的有限元模型进行仿真计算,比选得到最优的传力路径方案;对该最优传力路径方案进行实体化建模,以设计方案仿真计算得到的关键参数作为目标,设计出2种不同构型的承载式吸能结构;对整个底架前端结构进行参数优化,对优化前后的底架前端结构进行碰撞仿真计算对比分析。研究结果表明:优化后的底架前端结构能够满足能量吸收的约束条件,并且碰撞过程响应稳定。

高速列车吸能结构开孔设计及结构优化

通过在高速列车端部的多胞吸能结构中加入纵向开孔方案,来提高结构的耐撞性能。研究通过有限元软件LSDYNA建立开孔结构的有限元模型,并通过动态冲击试验验证该模型的准确性。在此基础上,提出使用径向基函数代理模型(Radial Basis Function,RBF)和深度信念网络(Deep Belief Network,DBN)结合构建吸能结构的混合代理模型。采用多目标遗传算法对开孔的位置、大小以及结构的厚度进行参数优化设计,以峰值力(Peak Crash Force,PCF)和比吸能(Specific Energy Absorption,SEA)为优化目标,寻找最佳的开孔参数。研究结果表明:在多胞结构中进行纵向开孔设计能够有效提高结构耐撞性能,尤其在结构的峰值力和比吸能上有着较好的效果。此外,对比RBF代理模型和混合代理模型的耐撞性指标的拟合精度,RBF代理模型在经过DBN优化后,吸能量(Energy Absorption,EA)代理模型的最大相对误差和平均相对误差分别从12%和8%降低到4%和2%。比吸能代理模型的最大相对误差和平均相对误差分别从9%和5%降低到5%和2%,说明混合代理模型能够进一步提高RBF代理模型的精度。和初始开孔设计相比较,优化后的开孔方案在保持原有吸能量的基础上,使结构的比吸能从提高2%到提高6%,峰值力从降低3%到降低7%,优化后的开孔参数更为合理。