基于序列Kriging模型的汽车车身轻量化可靠性优化设计

为减少汽车车身轻量化可靠性优化设计的计算量并提高优化设计的精度,提出一种序列Kriging可靠性优化设计方法。以整车质量作为优化目标,选取整车耐撞性指标作为可靠性约束,建立可靠性优化设计模型。采用Latin超立方试验设计生成汽车正面碰撞有限元仿真模型的样本数据进行计算,根据有限元仿真结果构建目标和约束函数的Kriging近似模型;采用序列优化与可靠性评定方法 (SORA)将该嵌套优化问题解耦为单层次优化问题;优化每一迭代步,基于Kriging模型采用功能度量法评定概率约束。结果表明:所提方法满足工程设计所需的效率和精度要求,满足了整车安全性、轻量化和可靠性设计要求,整车质量减少约1.4%。

基于概率-凸集混合模型的汽车正面碰撞结构可靠性优化设计

基于概率和凸集模型研究汽车正面碰撞可靠性优化设计问题。根据汽车吸能结构厚度、材料参数等不确定参数类型,分别采用概率和多椭球凸模型进行描述,以汽车安全性可靠性指标为约束,考虑汽车吸能结构质量为优化目标,建立混合模型可靠性优化设计模型。采用拉丁方试验设计构造目标函数和约束函数的Kriging近似模型,利用功能度量法评定概率约束,通过基于移动因子序列优化与可靠性评定将嵌套优化解耦为单层次优化。实际算例表明算法具有较高的计算效率及精度,对实际设计工作有一定参考价值。

基于概率-区间混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计

考虑到多种不确定性因素对汽车乘员约束系统带来的影响,提出了一种基于概率-区间混合模型的汽车乘员约束系统可靠性优化设计方法。针对某型汽车的乘员约束系统建立其数值模型,并通过实车碰撞实验以检验数值模型的有效性;通过概率模型和区间模型来描述不确定性变量,并建立了基于概率-区间混合模型的乘员约束系统可靠性优化设计问题;利用karush-kuhn-tucker(KKT)最优化条件和基于最大熵原理的二次四阶矩方法对可靠性优化问题进行解耦,将原始的三层嵌套优化问题转化为单层优化问题,实现高效求解;为了进一步提升计算效率,基于径向基函数建立了乘员约束系统的近似模型,构建了近似可靠性优化设计问题,并使用遗传算法进行求解。结果表明:该方法既能高效准确地为汽车乘员约束系统匹配最佳的设计参数,又提高了汽车的被动安全性,在汽车碰撞安全领域具有广泛的工程领域应用前景。

基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计

针对多种不确定性因素对汽车结构耐撞性产生的影响,本研究提出了一种基于混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计方法。首先,建立了基于概率-区间混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计模型,并分析其嵌套情况;然后,为了减少嵌套层数,提出了一种高效的解耦策略,将原始的嵌套问题等效转化为单层的优化设计问题;最后,使用径向基函数构建了近似可靠性优化设计问题,并采用局部加密策略提高优化结果的精度。研究结果表明:该方法收敛迅速,能够达到对混合模型汽车结构耐撞性的可靠性优化设计问题快速求解的目的,对汽车结构耐撞性的优化设计具有一定的参考价值。

基于证据理论的机械结构高效可靠性分析方法

提出一种证据理论与近似模型相结合的机械结构高效可靠性分析方法。首先基于证据理论建立可靠性分析数学模型,然后通过径向基函数构建极限状态函数的近似模型,并利用样本点局部加密来提高近似模型的精度,最后基于一阶近似可靠性分析方法对近似可靠性分析问题进行求解,从而获得衡量机械结构可靠性的可信度和似真度。算例结果表明该方法不但能保证计算结果精度,还提高了计算效率。

后排乘员安全带约束系统研究

为提高不同体型后排乘员的安全性,针对后排乘员在50 km/h下100%正面碰撞工况的损伤进行了仿真分析。首先建立后排乘员约束系统模型并进行了验证,然后分别采用THUMS_AM50、THUNS_AF05、CHARM-70模型模拟不同体型的后排乘员,并分别施加恒定加载限制(Con-LL)曲线、渐进加载限制(Pro-LL)曲线、递减加载限制(Dig-LL)曲线以探究安全带加载曲线对不同体型乘员的适应性。结果表明:该工况下乘员的颈部韧带损伤风险较大;遭受正面碰撞时,Dig-LL曲线对CHARM-70保护作用明显,但是对THUMS_AM50保护效果较差;Con-LL曲线不适用于该工况下对THUMS_AM50和CHARM-70的保护;Pro-LL曲线对THUMS_AM50和THUNS_AF05保护效果较好。未来安全带约束系统应根据乘员类型和碰撞工况适配不同的加载曲线,以更好地保护乘员。

汽车-动力两轮车碰撞前驾驶员风险感知研究

人机共驾阶段人类驾驶员对驾驶环境保持较高的风险感知水平是保证及时有效、稳定安全接管的核心。本研究通过开展风险感知模拟驾驶试验,获取了驾驶员在典型汽车-动力两轮车碰撞场景下的驾驶行为及脑电响应数据。从驾驶行为层面以制动TTC(time to collision)和平均加速度为评价指标,利用分位数回归构建了驾驶员风险感知量化模型,通过独立样本检验发现驾驶经验、碰撞场景类型对驾驶员风险感知存在显著影响。在脑电响应层面,通过双独立样本检验及FDR校正发现Alpha频段与驾驶员风险感知显著相关。此外,提出了驾驶员风险感知神经机理,包括视觉感知与认知加工两个阶段。研究结果有助于提升人机共驾汽车的安全性。

考虑信号交叉口延时的最优车辆路径规划算法

本文中提出了一种考虑信号交叉口等待时间的车辆最优路径规划算法。通过GPS采集的浮动车数据与电子地图进行匹配,实时计算出各路段的车辆平均行驶速度和通行时间。基于马尔科夫链构建信号交叉口红绿灯的概率模型,通过车路协同技术预先获取各路段交叉口信号灯的位置和相位配时信息,并在车辆接近交叉口时对车辆速度进行优化,将车辆加速通过交叉口视为绿灯时间的延长,并以此构建车辆快速通过交叉口的等待时间模型。在此基础上,结合A*算法,提出一种考虑快速通过信号交叉口的改进A*算法。最后选取长沙市区某路网为算例进行仿真分析,结果表明改进A*算法所得路径的通行时间明显短于传统A*算法。

基于位移约束的类周期性连续体结构拓扑优化设计

提出了一种基于位移约束的类周期性连续体结构拓扑优化设计的方法。为了获得类周期性结构的最优拓扑,将优化的结构区域划分成若干个子区域;为了解决目标函数振荡问题,在每一迭代步形成并引入变位移约束限,以单元相对密度指数幂的倒数作为设计变量,建立了位移约束的显式近似式,并形成了以结构质量作为目标函数、以位移作为约束条件的类周期性结构拓扑优化近似模型;本文通过改进对偶求解方法,建立了拉格朗日乘子迭代求解公式;引入虚拟子域设计变量,建立了类周期性结构各子区域单元设计变量之间的联系,满足了指定的类周期性约束条件,并推导出了设计变量迭代公式;最后给出了梁结构拓扑设计和双坡梯形屋钢屋架设计的算例。结果表明:随着周期数的增加,子结构尺寸对最优拓扑的影响减弱;优化迭代过程中没有目标函数振荡现象。以上结果验证了本文方法的可行性和有效性。

LED灯具石墨散热器结构优化设计

以朗硕LS-QL0X灯具散热器结构为参考模型,研究了石墨散热器替代铝散热器后灯具的散热状况,讨论了石墨散热器翅片长度、翅片角度、翅片厚度及散热器导热系数对LED灯具散热状况的影响,并在此基础上对散热器结构进行了正交优化分析。仿真结果表明,灯具散热影响因素大小的顺序为散热器导热系数>翅片角度>翅片长度>翅片厚度,最优仿真结果是散热器导热系数为50W/(m·℃)、翅片角度为7°、翅片长度为19mm、翅片厚度为0.7mm,优化后芯片最高温度为37.52℃,比优化前温度下降了20.6%。优化后的LED石墨散热器灯具的最高温度比铝散热器灯具芯片仅高出2.23℃,质量却比铝散热器减少了25.9%。研究表明优化后的石墨散热器可以满足LED灯具的散热要求,且能有效减轻灯具的整体质量。

基于正交实验的汽车-两轮车碰撞事故再现的参数影响研究

汽车-两轮车碰撞事故再现的关键是确定碰撞速度。本文在动力学分析的基础上建立了汽车与两轮车相互侧面碰撞的模型,得到了两车碰撞速度的表达式;筛选出影响汽车、两轮车碰撞速度推算和事故再现结果准确性的主要参数;通过具体的事故案例设定正交实验,分别获得了对汽车、两轮车的参数影响权重顺序;据此指导PC-Crash对一起真实的汽车-两轮车碰撞案例进行模拟重建。结果表明,按参数权重顺序辅助汽车-两轮车碰撞事故的再现仿真,可用较短时间再现与实际事故情况相吻合的结果。

基于自适应代理模型的汽车乘员约束系统优化设计

为提升汽车乘员约束系统对乘员的保护性能并降低乘员所受的伤害,本文中提出了一种基于自适应代理模型的汽车乘员约束系统优化设计方法。首先,建立了某微型客车的乘员约束系统数值模型,并通过实车碰撞试验对该数值模型进行检验和校正;然后,基于径向基函数建立了乘员约束系统的代理模型,并通过逆向形参数法有效获得具备较高精度的代理模型;最后,利用隔代映射遗传算法(IP-GA)对汽车乘员约束系统进行优化。结果表明:该方法能快速获得汽车乘员约束系统的最优匹配参数,从而确保乘员的安全性。

液压脉动滤波技术研究

液压脉动滤波技术是近年来液压传动应用领域的研究热点,以滤波自适应性、衰减频带、衰减性能、滤波器结构复杂性为评价指标,分析比较了当前常用的三类液压脉冲滤波技术:阻性滤波、抗性滤波和有源滤波,在此基础上提出两种有发展前景的新型滤波方法:基于听觉行波学说的仿耳蜗基底膜结构滤波和基于纳米技术的多孔硅胶胶体结构滤波,阐述了其工作机理和技术难点,展望了液压脉动滤波技术的研究方向和重点,以期为后续研究者发掘新的研究方法与途径提供参考。

汽车碰撞速度与年龄因素对下肢损伤影响

本研究旨在探讨年龄因素对行人下肢损伤的影响,以提高行人保护水平。基于CIDAS(China in-depth accident study)数据库,筛选了2017-2022年的16起真实行人碰撞案例。利用PC-Crash软件重建事故,获取边界条件,并将其导入车辆-行人下肢有限元碰撞模型进行损伤重建。通过逻辑回归模型分析,得到不同碰撞速度下,各年龄段的损伤参数和下肢损伤风险预测模型。研究结果显示,各年龄段的下肢长骨损伤阈值和耐受极限存在差异。本研究为行人保护法规及下肢损伤评估指标制定提供了重要数据支撑。

踝关节康复并联机构的变胞设计和自由度分析

为了实现踝关节患者在不同康复阶段的运动助力需求,提出一种踝关节康复变胞并联机构,具有3SPS/PS和3SPS/S两种运动模式,通过锁死或驱动(P) S支链移动副实现切换,切换的初始位形具有瞬时的空间一自由度移动和三个转动。其中3SPS/PS构型具有四自由度,分别是动平台绕x轴、y轴和z轴转动及沿z轴移动,3SPS/S构型具有三自由度,分别是动平台绕x轴、y轴和z轴转动。随后,利用螺旋理论分析和Adams仿真验证了上述结论。

考虑载荷随机性的可行域调整的结构拓扑优化设计

考虑载荷大小和方向的不确定性,以结构柔顺度的期望和方差的加权和为目标函数,结构体积为约束函数,研究稳健结构拓扑优化方法。首先给出载荷大小和方向不确定情况下结构柔顺度期望和方差及其导数的显式近似式,而后改进可行域调整方案,提出具有收敛特征的稳健结构拓扑优化设计方法,探讨结构柔顺度期望和方差的权重因子以及随机量的方差对拓扑构型的影响。给出的算例表明,不论是确定载荷拓扑优化还是随机载荷拓扑优化,方法是可行和有效的,且可获得一系列清晰的拓扑构型和稳健的优化拓扑。

多位移约束下渐进结构拓扑优化设计

渐进结构优化方法通用性好,程序实现简单,能获得一系列黑白分布的优化拓扑,但它难于求解多约束拓扑优化问题。为了将渐进结构优化方法拓展到求解多约束拓扑优化问题,针对多位移约束下结构体积最小的结构拓扑优化问题,采用有理分式材料模型,建立刚度与拓扑变量的关系;构建求解多约束拉格朗日乘子的近似优化问题模型和其光滑对偶算法;而后,给出单元灵敏度数计算公式和渐进结构优化算法;最后给出了两个验证算例,所得结果验证了该方法的正确性和有效性。

考虑多约束和载荷随机性的稳健结构拓扑优化设计

考虑载荷大小和方向的不确定性,以结构柔顺度的期望和方差的加权和为目标函数,结构体积及多个结构位移为约束函数,研究可获得清晰优化拓扑的稳健结构多约束拓扑优化方法。给出了载荷大小和方向不确定情况下结构柔顺度期望和方差及其导数的显式近似式。结合可行域调整方案,提出具有收敛特征的结构体积和多位移约束的稳健结构柔顺度拓扑优化设计方法。研究了结构柔顺度期望和方差的权重因子对拓扑构型的影响,探讨了位移约束对结构稳健性的影响规律。算例表明,方法是可行和有效的,且可获得一系列清晰的拓扑构型和稳健的优化拓扑。

自卸舶物料输送架参数化三维设计及灵敏度分析

自卸舶是用于码头卸货的重要运输船,针对其物料输送架设计效率低的问题,首先建立自卸舶物料输送架结构三维参数化模型,通过修改其骨架模型及结构局部尺寸等细节来调整结构尺寸,从而满足设计需要;然后建立自卸舶物料输送架的结构参数化有限元模型,通过对其结构参数进行灵敏度分析,得到各个结构尺寸变化时对输送架最大应力值影响较明显的设计参数,为后续优化设计提供依据。

侧面碰撞远端老年乘员损伤研究

为探究欧洲新车评价规程(Euro-NCAP)侧面碰撞条件下远端老年乘员的运动学响应和损伤机理,首先利用老年人体模型CHARM-70建立台车模型,然后建立整车AE-MDB侧面碰撞和侧面斜柱碰撞有限元模型,进行整车碰撞仿真并提取非碰撞侧B柱底部加速度脉冲,最后,基于THUMS_AM50_V4.0人体模型和老年人体模型CHARM-70建立单乘员和双乘员台车仿真模型,进行AE-MDB侧面碰撞和侧面斜柱碰撞仿真。结果表明:在侧面碰撞中,安全带无法有效限制远端乘员因惯性而导致的侧向偏移;在单乘员台车仿真中,远端老年乘员头部和颈部损伤值远小于阈值,但胸部出现大面积严重肋骨骨折;在双乘员台车仿真中,远端老年乘员的头部和胸部出现严重损伤。