内燃机活塞点阵结构可靠性拓扑优化设计

针对内燃机活塞轻量化设计问题,提出一种基于可靠性拓扑优化的活塞点阵结构设计方法,分解为可靠性分析和确定性拓扑优化两部分分别进行求解。考虑以最小化质量为目标函数、最大应力为约束条件,建立活塞点阵结构可靠性拓扑优化数学模型。根据一次二阶矩方法将失效概率约束转变为可靠性指标约束,进而将随机变量转化为标准正态变量,根据随机变量相对于性能指标的敏度信息,进行随机变量修正并进行确定性拓扑优化设计。最后,以某型发动机活塞为例,进行确定性点阵设计与可靠性点阵设计对比研究。结果表明,相较于确定性设计,可靠性活塞点阵模型在考虑随机变量的影响下,性能更加可靠;且其质量相较于原活塞模型降低11.8%,满足活塞轻量化的设计需求。

满足可靠性要求的轻量化车身结构多目标优化方法

车身结构轻量化设计需要满足模态、刚度和碰撞安全等多项性能要求;同时为了提高设计方案的鲁棒性,必须在设计过程中考虑不确定性因素的影响。在各种方法中,非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ在工程设计的多目标和可靠性设计中应用越来越广泛。在采用高强度钢板后,为确定某车身前端结构的关键零件的厚度参数,分别建立白车身有限元模型和40%偏置正面碰撞的简化模型;在优化模型中综合考虑白车身扭转刚度、最大碰撞力及平均作用力、碰撞吸能要求和质量最轻等多个性能指标要求,在构建高精度的响应面近似模型的基础上,采用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对其进行6σ可靠性优化设计;运用蒙特卡罗模拟技术对优化方案的鲁棒性进行评价。优化结果提高了整车的碰撞安全性,同时白车身扭转刚度和零件重量得到了很好的控制。