轿车白车身隐式全参数化建模与多目标轻量化优化

利用SFE-Concept参数化设计软件,建立了某轿车白车身隐式全参数化三维几何模型,在此基础上建立了参数化白车身的有限元模型,计算分析了其低阶固有振动特性和白车身的扭转与弯曲刚度,并通过试验验证了分析结果的有效性。利用相对灵敏度分析方法选出66个白车身零件板厚作为轻量化设计变量,以白车身的总质量、扭转和弯曲刚度为优化目标函数,白车身的1阶弯曲和1阶扭转模态频率为约束条件,利用遗传优化算法对白车身进行了多目标轻量化优化。结果表明,轻量化后的白车身1阶扭转频率和1阶弯曲频率的变化均小于1%,虽然扭转刚度降低了4.5%,弯曲刚度降低了1.8%,但仍满足设计要求。而在不改变用材的情况下,白车身总质量降低了19.4kg,即减轻了6.4%,取得了明显的轻量化效果。     

基于隐式参数化模型的白车身轻量化设计

本文在白车身概念设计阶段引入"CAE驱动设计"的思想,采用SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身隐式全参数化模型,通过与经验证的有限元模型进行性能分析对比,验证了所建参数化白车身模型的有效性。采用逐步优化方法,结合白车身性能匹配补充轻量化设计的思想,在最大限度地满足白车身静、动态各项性能要求的前提下,获得白车身轻量化设计方案。优化前后白车身性能对比结果表明,在白车身弯曲和扭转刚度变化不大(分别下降0.2%和0.6%)情况下,车身整体长、宽和高分别增加了15,13和9mm,车身1阶弯曲和1阶扭转模态频率分别提高了5.6%和9.2%,车身质量减轻了19.9kg,轻量率达5.76%,取得了明显的轻量化效果。     

基于隐式参数化模型的白车身轻量化设计EI北大核心CSCD

本文在白车身概念设计阶段引入"CAE驱动设计"的思想,采用SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身隐式全参数化模型,通过与经验证的有限元模型进行性能分析对比,验证了所建参数化白车身模型的有效性。采用逐步优化方法,结合白车身性能匹配补充轻量化设计的思想,在最大限度地满足白车身静、动态各项性能要求的前提下,获得白车身轻量化设计方案。优化前后白车身性能对比结果表明,在白车身弯曲和扭转刚度变化不大(分别下降0.2%和0.6%)情况下,车身整体长、宽和高分别增加了15,13和9mm,车身1阶弯曲和1阶扭转模态频率分别提高了5.6%和9.2%,车身质量减轻了19.9kg,轻量率达5.76%,取得了明显的轻量化效果。     

基于分析驱动设计的参数化白车身前端结构轻量化多目标优化

利用SFE-CONCEPT建立了车身前端的隐式参数化模型并与车身后部的有限元模型组合成白车身模型,采用模块化方法将各分总成组成整车模型。对整车模型进行正撞安全仿真并与实车试验进行对比,验证了整车正撞安全仿真的有效性。通过编辑批处理脚本文件提取加速度峰值等正撞安全参数,真正体现"分析驱动设计"的理念。选择参数化白车身前端6个形状变量和7个板件厚度作为轻量化优化的设计变量,试验设计选用优化拉丁超立方算法生成样本点,实现Kriging近似模型的自动生成和精度验证。采用第二代非劣解排序遗传算法(NSGA-II)进行优化,得到妥协解集,最终选取白车身前端质量最小的妥协解作为优化解。优化后白车身前端质量减轻7.02%。轻量化优化后其性能基本不变,左右侧加速度峰值分别降0.99%和1.31%,左右侧加速度平均值分别增大15.41%和8.67%,车门变形量有増有减,最大变化率为10.6%。     

基于多目标优化的白车身结构轻量化设计

白车身轻量化研究有利于提高整车性能和减少研发成本,首先建立了某乘用车白车身的有限元模型,接着根据仿真模型分别计算出与NVH、静刚度及正面碰撞安全性能相关的参数,模型各项指标均满足要求。其次,依据综合灵敏度分析思路筛出与碰撞安全无关的设计变量,并且参照能量吸收曲线图选出正面碰撞安全板件的设计变量。针对白车身非碰撞安全相关板件的轻量化设计,根据试验设计方法设计出样本点,对比各类近似模型的精度,采用了椭圆基近似模型,将白车身质量最小、低阶模态最大作为设计目标,把白车身的静态扭转刚度以及静态弯曲刚度作为设计的约束条件,并采用遗传算法对非碰撞安全板件进行多目标优化。针对白车身正面碰撞安全相关板件的轻量化设计,根据试验设计方法设计出样本点,对比各种近似模型的精度,采用了响应面模型,将白车身质量最小、乘员舱加速度峰值最小作为设计目标,将一阶弯曲和一阶扭转模态频率、静态弯曲扭转刚度作为设计的约束条件,并采用遗传算法对碰撞安全板件进行多目标优化。最后,对轻量化前后的性能参数进行比较分析,实现了白车身质量降低13.4kg,降幅3.32%,轻量化系数减小了1,不仅保证了静态弯曲刚度和扭转刚度、白车身的模态频...     

车身主断面几何特性对白车身刚度影响的研究

运用白车身(BIW)板壳单元有限元模型,进行了车身主断面对白车身刚度影响灵敏度的分析,获得了对白车身扭转刚度和弯曲刚度影响显著的主断面。在此基础上,研究了主断面面积、主惯性矩等几何参数对白车身刚度的影响。结果表明,车身主断面几何特性对白车身刚度的影响呈非线性相关;主断面主惯性矩或面积的增大是否有利于白车身刚度要视该断面的具体位置而定。     

车身环状框架结构断面正向轻量化设计

在深入分析主断面库作用的基础上,研究了基于关键坐标及板厚的主断面属性计算方法,探讨了满足弯扭刚度及侧碰工况约束条件下车身前门环结构的优化途径。以车身刚度及侧碰性能为约束条件,主断面属性参数为设计变量,车身结构轻量化为设计目标,采用均匀拉丁超立方试验方法进行样本点的选取,以Kriging插值近似方法构造代理模型,运用冲量梯度下降算法对数学模型进行优化求解,并通过实车试验验证了该优化方案的可行性。     

铝合金车身平台的基础性能关联性研究

本文中根据模态理论推导出铝合金车身平台的静态刚度、轻量化系数和各阶模态参量之间的定量关系,为前期策划阶段的铝合金车身平台的轻量化设计和性能目标设定提供指导。然后基于有限元模型,提取前50阶模态参数并计算得到铝合金车身平台弯、扭刚度和轻量化系数的近似解,与有限元分析的解的误差仅为4.32%,1.85%和1.78%。由此得出,铝合金车身平台的静态柔度可用各阶模态柔度贡献量之和来逼近。同时发现对弯曲(扭转)刚度贡献量最大的模态阶次即为对应的1阶弯曲(扭转)模态,这一结论可作为弯、扭模态识别的重要途径。最后依据有限元分析和模态理论得到的弯、扭刚度和轻量化系数与试验值进行对比,可明显看出模态理论算法的误差比有限元分析小,弯、扭刚度和轻量化系数的模态理论算法的误差分别为1.85%,1.82%和1.89%。     

基于Sobol'法的白车身弯扭刚度灵敏度分析及优化设计

为了提高某轿车白车身弯扭刚度性能,文章采用全局灵敏度分析方法进行白车身结构优化设计。首先,分别建立白车身弯曲刚度及扭转刚度的有限元模型,进行结构性能的分析;然后,以车身部件的厚度作为分析参数,采用基于Sobol'法的全局灵敏度分析方法,获得各个部件对弯扭刚度的综合贡献度;最后,根据部件的敏感程度进行结构优化设计。结果表明,在兼顾白车身总质量的前提下,弯曲刚度提高15. 66%,扭转刚度提高12. 28%,显著提高了白车身的结构性能。     

基于BP神经网络模型的白车身轻量化安全性评价

通过有限元模拟和BP人工神经网络相结合的方法,开展基于白车身对整车安全性能的评价。采用10款车型的有限元分析结果,建立BP人工神经网络,通过白车身安全系数、轻量化系数和弯曲刚度可以较好地预测整车安全星级。在该网络模型下,在白车身设计开发阶段就可以判断整车的碰撞安全是否满足星级开发目标,进而及时进行优化。     

基于刚度和模态性能的轿车车身轻量化研究

以某型轿车为例,建立车身的有限元模型,应用以灵敏度分析为基础的修正可行方向优化算法,在保证车身刚度和模态性能不降低的前提下,以车身结构质量的最小化为目标,优化车身零件的厚度,从而实现车身结构的轻量化,车身减轻的质量为原来的6.22%,车身结构的弯曲和扭转刚度也都获得不同程度的提高,主要模态频率变化在1Hz以内。     

车身主断面力学特性对车身刚度影响的研究

建立了白车身刚度分析的有限元模型,计算并验证了其静态扭转特性和弯曲特性;在选取了白车身不同位置的主断面后,分析了主断面力学特性修改对白车身刚度的影响,为轿车车身刚度优化设计提供了依据。     

基于线框模型的白车身刚度定性仿真

提出一种参数化白车身线框几何模型的构建方法,基于此线框模型快速建立白车身刚度计算有限元模型,实现了概念设计阶段白车身刚度的定性评价.以某白车身为例,计算了概念设计阶段定性仿真模型与详细设计阶段定量仿真模犁的弯曲刚度和扭转刚度.计算结果表明,概念设计阶段和详细设计阶段的弯曲刚度与扭转刚度值均在相差10%左右.     

基于DOE的汽车白车身结构优化

运用HyperMesh软件建立了白车身的有限元模型,从模态分析、静态扭转刚度和静态弯曲刚度三个方面考察其NVH特性;根据试验设计的方法,对白车身轻量化进行极差分析、方差分析和显著性分析,获得最优的试验方案。结果表明,与原有设计方案相比,优化方案降低了白车身重量,提高了白车身的刚度和一阶扭转频率,这为白车身轻量化提供了借鉴。     

白车身轻量化技术与实践

轻量化是汽车开发中的一项重要性能指标,是汽车节能减排的有效手段,整车重量构成中车身重量的比例较高,对整车轻量化有重要的意义。在车辆平台化开发过程中,将车身轻量化设计理念融入平台项目开发的全流程中,通过轻量化材料、轻量化工艺和轻量化结构的技术路线,应用参数化建模、参数化优化、拓扑优化、断面优化、成型性和材料利用率优化等虚拟产品开发技术,结合多学科多性能的轻量化协同优化设计,充分兼顾刚度强度等性能,兼顾布置、造型、装配、工艺、成本等需求,达到了更优的白车身全局平衡,最终实现了五星安全车身、超高刚性车身,达到了比肩全铝车身的轻量化系数水平,同时实现了高车身材料利用率、低研发费用、低整车成本,并在平台化的车型开发中形成轻量化车身开发流程和性能评价体系。     

多目标遗传算法在车身动态性能优化中的应用

建立了某SUV白车身有限元模型,对车身静态刚度和模态分布进行优化,改善了白车身的振动性能。通过灵敏度分析筛选白车身关键部件的厚度并将其作为优化变量,以车身的扭转刚度和质量作为目标,建立其径向基函数模型,将静态刚度、车身1阶扭转和1阶弯曲模态频率作为约束条件,并利用多目标遗传算法对车身性能进行优化。试制了优化后白车身关键部件,并进行模态试验,验证了优化结果的正确性。优化后在总质量增加0.55%的情况下,提升了车身整体刚度,改善了模态频率分布,后排左、右侧座椅安装点的传递函数峰值分别下降了47.50%和49.37%,极大地改善了车身振动性能,为整车NVH性能的提升打下良好基础。     

基于隐式参数化的车身概念开发

以某新车型研发为契机,运用"分析驱动设计"进行概念阶段的车身开发。基于参数化技术构建白车身和覆盖件的全参模型,通过模态和刚度仿真评估车辆的NVH性能,并基于模态和刚度进行厚度灵敏度分析;同时,通过与同级别车型前/后悬架、动力总成等有限元模型进行耦合,进行了整车碰撞仿真,以评估其耐撞性能,在早期阶段快速获得整车综合性能,缩短满足结构刚度、NVH性能、耐撞性和轻量化等要求的车身结构的开发周期。     

基于正向开发流程的车身轻量化设计

从概念设计阶段开始,通过隐式参数化建模的方法建立一个全参数化白车身模型,采用分步优化设计的方法,在保持对整车性能控制的同时,使轻量化设计贯穿整个过程。在不同阶段分别针对整车模态、弯扭刚度、碰撞性能和质量等指标进行优化。先后经过结构拓扑优化、车身尺寸优化、局部形状优化、零件厚度优化、碰撞性能优化,最终得到车身多个性能均满足要求时的最佳车身尺寸和轻量化方案。     

概念车身梁截面厚度优化设计

为了实现在概念设计阶段优化设计车身复杂梁截面厚度,建立了梁截面几何属性和PSO优化算法,并基于UG/OPEN平台开发了梁截面设计和梁截面厚度优化模块,实现了多约束条件下车身梁截面厚度的优化设计。针对某一具体车型进行了概念车身梁截面厚度优化设计,使优化目标车身质量实现了轻量化,同时改善了模型弯曲刚度和扭转刚度。     

基于车身概念模型的白车身主断面尺寸优化

为实现新车型概念设计阶段车身主断面尺寸的优化,基于前期造型和总布置硬点数据,利用现有同平台车型数据库有关接头和主断面的详细数据,建立了带真实接头的白车身精确概念模型。根据弯、扭刚度对主断面的惯性矩Iy,Iz,扭转常数J和截面面积A的灵敏度,筛选出19个关键主断面。最后,以车身质量最小为目标,弯、扭刚度和1阶弯、扭模态为约束条件,运用序列二次规划法对关键主断面进行尺寸优化。优化后,车身质量减轻8.33kg,减轻率达2.7%,弯曲刚度和扭转刚度分别提高4.7%和4.0%,1阶弯、扭模态分别提高2%和1.2%。