基于主断面刚度优化分配的车身正向概念设计

提出了基于刚度优化分配的车身正向概念设计流程。根据车身结构拓扑与刚度分布紧密关联和相互影响的特点,提出了车身刚度链设计方法。建立了基于梁单元的车身简化模型,确定了18个主断面位置,建立了以主断面为节点的车身刚度链数学模型。针对车身刚度分布问题,研究了基于车身刚度链的整体刚度优化分布方法,建立了车身弯曲刚度优化分布问题的数学模型,利用遗传算法进行了求解,确定了各主断面的材料分布。与已有近似标杆车CAE模型的刚度仿真结果进行对比,验证了该刚度优化分布方案的合理性以及车身刚度链方法的有效性。

基于概念设计的框架车身多目标优化系统

为实现概念设计阶段车身结构和性能的快速优化,构建多工况、多目标优化系统FVO,其中包括车身几何建模、有限元分析、结构优化等。该系统可以快速建立参数化框架车身几何模型,自动生成满足多工况要求的高精度有限元模型,利用多目标优化算法对车身的梁和板结构进行多工况优化计算,为用户提供满足众多约束条件的优化设计方案。在阐述FVO系统整体结构和具体方法的基础上,通过简单设计实例证明系统的有效性和准确性。

车身动态刚度链建模及正向概念设计研究

提出了车身正向概念设计流程,由车身A级面及整车总布置方案建立了车身简化几何模型,确定了22个车身主断面位置,并以主断面属性为设计变量,基于梁单元理论与传递矩阵法得到模态坐标系下的车身动态刚度链数学模型,建立了主断面属性与车身固有频率的关系。以车身轻量化为目标函数,以车身静刚度与固有频率为约束条件对车身进行优化,采用遗传算法求解,确定优化后的各主断面属性参数。通过对比近似标杆车的静刚度与模态分析结果验证了动态刚度链设计方法的可行性。

车身概念阶段轻量化设计

概念设计阶段对车身的开发可以在早期对提升车身性能的同时减轻车身质量,在前期通过仿真手段对车身设计有方向性的指导建议,文章通过结合网格变形、灵敏度分析以及多目标优化,在车身开发早期对白车身的截面尺寸以及不同位置板厚的分布提供了设计依据,缩短了开发周期,实现了概念阶段的轻量化需求。

结合应变能分析的车身刚度链设计方法

鉴于概念设计在车身设计中具有重要地位,提出了车身结构概念设计流程,构建了车身简化空间框架模型,采用半刚性梁和传递矩阵法建立车身刚度链模型。求解仅约束静动态性能的优化模型,分析优化后梁单元的应变能和应变能密度。为协调优化多工况下材料的利用和分配,引入变异系数作为约束指标。该设计方法,考虑了应变能因素的车身半刚性梁刚度链,以车身轻量化为目标,以弯扭刚度、固有频率和各工况应变能密度的均匀程度为约束条件,运用遗传算法,优化主断面参数。与标杆车仿真结果进行了对比。结果表明:应变能密度均匀化可以提高车身材料的效用,改善车身性能。因此,该设计方法具有可行性。

车身薄壁截面属性计算方法及数据管理平台

概念设计阶段车身结构可以看成由薄壁梁组成的空间框架结构,薄壁梁截面属性对车身的力学性能有重要影响。对于车身的正向概念设计,采用了薄壁传递矩阵法,基于Vlasov梁理论下的Kollbrunner-Hajdin假设,考虑了15个薄壁截面属性。为方便复杂薄壁截面的属性值计算,推导了属性计算方法,基于MATLAB的编程语言搭建了具有用户交互功能的薄壁截面属性计算平台(Graphical User Interface, GUI)。考虑主断面种类较多和管理不便,将数据计算平台和数据库管理系统关联,规范了主断面的命名形式。最后,将主断面属性计算管理平台用于某款真实车身上,来验证方法的可行性。