基于耐撞性的多学科近似模型预测精度研究

以整车100%正面碰撞有限元模型为基础研究了三种近似模型的预测精度,分析并选取前部结构中对汽车碰撞安全性影响较大的12个部件厚度为变量,利用最优拉丁超立方试验设计方法生成80个样本数据并进行计算,应用多学科优化中常用的二次多项式响应面(Quadratic Polynomial Response Surface,QPRS)、Kriging以及径向基函数(Radial Basis Function,RBF)三种近似方法分别对选取部件的总质量、吸收总能量、B柱最大加速度和踏板侵入量建立近似模型。结果表明:RBF近似方法对部件总质量、吸收总能量、B柱最大加速度预测精度高于其他两种方法,Kriging近似方法对踏板侵入量预测模型具有较好的精度,QPRS近似方法适合于部件总质量的近似建模。     

车辆正面碰撞中的耐撞性能仿真分析

为了评价汽车在正面碰撞事故中耐撞性能,应用HyperWorks仿真软件建立了车辆正面100%碰撞有限元模型。后处理利用HyperView对B柱下端加速度、A柱上部最大折弯角、前围板侵入量以及前门铰链变形量4项重要评价指标进行仿真分析,以此评估正面碰撞中车体的耐撞性能。结果表明:B柱下端最大加速度小于3ms合成加速度72g的要求,A柱上部最大折弯角对乘员伤害程度在允许范围内,前围板变形云图小范围超出目标值,前门铰链变形量不影响碰撞后车门的正常开启,车体耐撞性能良好。类比2017年C-NCAP实车正面碰撞结果,表明仿真试验具有较高的可信性,为车体耐撞性优化设计提供依据。     

基于Kriging模型的汽车前部结构的耐撞性优化

以汽车前部结构丰要板件的厚度为变量,采用拉丁超立方试验设计生成100个汽车正面碰撞有限元仿真模型的样本数据并进行计算,对计算结果应用Kriging模拟法构建了前部结构的质量、B柱加速度最大值和最大吸能的近似模型.以B柱加速度最大值为目标,以前部结构的质量、各板件厚度和最大吸能为约束,利用模拟退火算法进行全局优化,最终得到一组前部板件厚度的最优组合,使B柱加速度最人值达到最小.Kriging 模型的计算精度和效率满足耐撞性上程设计的要求.     

基于代理模型的汽车正撞安全性仿真优化

针对传统方法无法高效地实现多目标优化的问题,将有限元法和代理模型技术相结合,以整车质量、B柱加速度峰值和前围板侵入量为优化目标构造了其代理模型,研究了样本数量对模型精度的影响,并采用NSGAII优化算法对板件厚度进行了优化。结果表明:增加样本点的数量未必能有效提高代理模型的精度,测试点评价方法的精度在很大程度上依赖测试点的数目和位置,不能准确评价代理模型的精度,而采用交叉验证法取得较好的效果;基于代理模型,对车身结构的板件厚度优化后,效果显著,整车质量减轻了4.1kg,B柱加速度峰值降低了8.44%,前围板侵入量降低了6.03%。     

考虑材料变形路径及应变率的车身前端吸能结构优化

为了研究不同厚度及强度的高强度钢板对车辆正面碰撞性能的影响,以车身前端主要吸能结构的比吸能最大化为目标,构件的材料和厚度为设计变量,并考虑材料的变形路径和应变率效应,通过试验设计、近似模型与自适应响应面法相结合进行优化,得到了高强度钢板最优的匹配方案.优化后降低了车辆加速度和制动踏板侵入量等乘员伤害指标,提高了车体结构的耐撞性.本研究同时验证了基于自适应响应面法进行优化的可行性.     

改进响应面法在汽车正面碰撞被动安全性优化中的应用

通过对汽车正面碰撞有限元分析,显示存在加速度过大,前门框及前围板变形量过大等缺陷,需要进一步优化。为了提高整车碰撞性能,选取了对碰撞结果影响较大的8个零部件,分别以其厚度为设计变量,以右侧B柱加速度峰值为优化目标,应用拉丁超立方试验方法,选取17个样本点,应用改进相应面方法求出精度较好的二次代理模型,从而求出各部件的最佳厚度值。优化前后结果对比显示,右侧B柱加速度降低了约22.8%,前门框变形减小了约33.7%,前围板入侵量约降低了28.2%,均达到了预期目的,优化后更利于乘员安全。     

某车型正面碰撞结构优化

针对某车型在正面碰撞试验中出现踏板和转向管柱侵入量超标的问题,对其产生原因进行分析。运用Hypermesh及LS-DYNA软件进行整车碰撞仿真分析,提出拉平纵梁、在前围板与A柱间以及在前地板增加连接件和加强件的结构优化方案。优化后纵梁的变形模式及前围侵入量均得到改善,前围最大侵入量由原来的343 mm减小到219 mm。表明优化纵梁结构、提高乘员舱总体强度的方案合理,该设计理念和方法可为其他车型的结构设计提供参考。     

纯电动SUV正面25%偏置碰撞仿真和优化

为研究某款纯电动SUV在正面小重叠碰撞下的安全性能,根据美国高速公路安全保险协会发布的测试规程,应用ANSA软件建立纯电动SUV正面25%偏置碰撞模型,利用LS-DYNA显式求解软件进行了计算。通过HyperView后处理软件分析了整车加速度、前围板最大侵入量、关键部件变形和吸能情况,发现该车型碰撞力有效传递路径为上纵梁传递到A柱,轮胎通过悬架系统传递到中地板边梁和门槛梁,而关键吸能部件(吸能盒和前纵梁)没有成为有效的碰撞力传递路径;乘员舱相关部件(A柱、A柱上边梁及中地板边梁等)刚度不足,该车型乘员舱变形严重。针对该车型在正面25%偏置碰撞试验中乘员舱变形严重的问题,从改善碰撞力传递路径和采用轻型铝合金材料以提高乘员舱刚度两个方面进行了优化。结果表明:整车碰撞安全性得到有效提高,乘员舱侵入量明显减小,前围板最大侵入量由246.59 mm减小到151.29 mm,降低了38.65%,结构评级由"差"提升到"良好"。针对提高乘员舱刚度后整车加速度峰值过大的问题,进行了L9(34)正交试验分析,得到了在前围板最大侵入量由151.29 mm降低到146.49 mm的前提下,整车加速度最大峰值由55.86g降低到44.77g的最优组合方案。     

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...     

汽车侧面碰撞侧围结构可靠性优化设计

为研究侧围部件对整车侧面碰撞的影响,选取B柱内板、加强板、车门内板和防撞杆的厚度作为设计变量,结合试验设计、响应面模型、可靠性理论及优化算法,构建侧碰侧围结构可靠性优化数学模型,对侧围结构进行确定性与可靠性优化,并进行对比分析。分析结果表明:两种优化方法都能提高侧碰安全性,但确定性优化使得B柱最大侵入速度十分接近约束边界,相比于确定性优化,可靠性优化使得B柱最大侵入速度有所减小,吸能量有所增加,车门最大侵入速度减小3.1%,且各输出响应均远离约束边界值,B柱与车门最大侵入速度的可靠度提升了26.6%和10.5%,满足设计要求。故可靠性优化更能满足整车侧碰侧围结构耐撞性及可靠性要求。     

某车型正面40%偏置碰撞的车体结构优化

某车型在64 km/h正面40%偏置碰撞试验中,出现踏板和转向管柱的侵入量超标问题。其原因是:更换动力后,前机舱变形空间减小,车体纵梁变形模式不合理,及前围板附近位置的强度较低。为此,该文提出了优化方案:调整纵梁的材料及修改纵梁内加强板的结构,来提高纵梁总成整体结构强度,增加加强件,来提高前围的总体强度。运用Hyperworks及LS-DYNA软件进行仿真分析。结果表明:优化后,改善了纵梁的变形模式,前围板侵入量减小了42 mm;乘员的伤害也得到改善,整体得分提高1分。因此,该优化方案合理,车身结构的加强对乘员起到很好的保护作用。     

基于组合近似模型的城市客车车架轻量化研究

近似模型在城市客车车架轻量化设计分析中有重要应用,不同的近似模型在不同状态变量预测中精度不同。文中以国内某城市客车底盘车架的有限元模型为研究对象,以车架质量和应力为响应值,分别建立响应面、径向基神经网络、克里格和正交多项式4种设计变量与响应的近似模型,通过对比分析4种近似模型响应的误差散点图、确定性系数及均方根误差,按照一定的权系数线性叠加建立组合近似模型并用于城市客车车架轻量化设计。结果表明,将组合近似模型用于车架轻量化设计可实现车架轻量化目标,并能提高车架的强度。     

基于组合优化策略的白车身轻量化设计

以某SUV车型为研究对象,对白车身进行轻量化设计。建立了整车有限元模型,选取关键零件的板厚作为设计变量,以整车模态、刚度、NVH及碰撞性能为优化约束条件,以质量为目标,建立各项性能指标的径向基神经网络近似模型,采用多岛遗传算法及山单纯型法相结合的优化策略对白车身进行多学科联合优化,在保证各项性能满足要求的前提下,使白车身重量降低了9.7kg。     

热成形钢板在车身前围下横梁上的应用

文章通过对某CNCAP 5星车型前舱区域进行分析和研究,得出基于目前结构的优化方案。采用在前围区域增加热成形前围下横梁内外板的方案,全新设计前围下横梁内外板结构,对其进行整车碰撞性CAE分析,分析结果表明增加热成形前围下横梁内外板的方案可有效解决前围板侵入量大的问题。结果表明,采用热成型钢板设计的前围板下横梁内外板,不仅可以解决车身的碰撞侵入量大的问题,并提供了一种新的车身传力路径方式,对于提高车身的碰撞安全性能具有重要的现实应用意义。     

基于侧面碰撞安全性的电动汽车车身结构件轻量化设计

为实现某纯电动汽车车身结构件的轻量化设计,在保证其电池包挤压及连接安全的前提下,通过安装电池包前、后侧面碰撞过程传力特点及结构件变形模式的对比,选出对性能影响较大的结构件,采用灵敏度及主效应分析法确定了所选结构件的材料。选取精度较高的近似模型,采用多目标遗传算法进行优化,以厚度为设计变量、车门最大侵入量和质量为优化目标、门槛侵入量等为约束条件,获得了最优轻量化方案。     

基于序列Kriging模型的车身轻量化设计

为解决常规Kriging模型在设计空间拟合精度低的问题,提出了序列Kriging模型。通过预期改善函数,在优化解附近和设计空间的稀疏区域增加样本点,不断更新近似模型,从而提高近似模型在兴趣域的拟合精度和全局预测能力。通过两个数值算例分析了序列Kriging模型的全局搜索特性,从算例优化的统计结果可以看出,序列Kriging模型比常规Kriging模型的优化精度更高,稳健性更好。最后,序列Kriging模型被应用到车身轻量化设计中,采用粒子群算法所得到的优化结果表明,近似模型的精度有了很大的提高,并且在满足耐撞性约束的同时所选部件的质量降低了23.35%。     

基于某轿车正面碰撞的A柱折弯分析与优化

介绍了汽车碰撞仿真的基本理论,按照中国新车评价规程（C-NCAP）规范,以A柱折弯程度为研究对象,建立了汽车整车有限元模型,采用LS-DYNA求解器求解,仿真分析了轿车正面碰撞后A柱的折弯程度,以降低A柱折弯程度为优化目标,分别对前纵梁、吸能盒、前围板以及A柱进行了材料和结构优化,对比优化前后的仿真结果,得知优化后A柱折弯程度显著降低,B柱下端加速度基本不变。     

Multidisciplinary Optimal Design for Ultra-high-strength Steel Side Impact Bar

采用超高强度钢22MnB5材料替代微型车驾驶员侧车门防撞杆的原有材料.将车门防撞杆的截面尺寸作为设计变量,防撞杆的质量最小作为优化目标,以车门下沉工况的最大变形和残余变形、侧碰代替工况中不同位移下的耐撞力作为约束.采用最优拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,使用逐步回归多项式响应面方法构建车门系统下沉刚度以及侧碰安全性多学科系统的近似模型.比较逐步回归多项式响应面近似模型的预测结果与有限元模型的计算结果,可知逐步回归多项式响应面近似模型对样本点的拟合精度较高.利用可行方向法对近似模型进行优化,在车门系统的下沉刚度及侧碰性能得到一定提高的同时,得到防撞杆减重34.7％的效果,并且与原有模型进行分析比较,各项评价指标均有提高.     

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LES-FE-SEA混合方法的车内湍流噪声数值预测与控制研究

为预测和降低某型轿车的噪声,将LES-FE-SEA混合模型仿真技术引入至车内气动噪声预测中,并将计算结果与传统计算方法和实车道路试验结果进行对比。结果表明,混合模型在预测20~100Hz低频区域噪声时能准确捕捉到响应峰值,与试验结果有少许偏差,计算精度稍低于FE模型,但从100Hz起预测精度开始提高,特别是在200~500Hz的中频区域,混合模型预测精度最高,与试验结果基本吻合,500Hz以后的高频区域预测结果也与试验结果吻合较好。利用混合模型分析各子系统对汽车乘员室声腔的噪声贡献量的结果,确定须要安放吸声材料的部位为顶棚与左右侧围,并选用汽车常用的4种吸声材料。以4层吸声材料厚度为设计变量,降噪幅度、效率和材料性价比等为优化目标,创建Kriging近似模型,采用非支配排序遗传算法进行优化,得到各层材料的理想厚度组合。结果表明,与原材料厚度组合相比,优化后,驾驶员耳旁噪声声压级降低幅度提高了3.15%,降噪效率提升了5.05%,同时吸声材料成本降低了23.42%。