扭转梁悬架碳纤维复合材料横梁结构优化

鉴于碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强的特点,本文中将某乘用车扭转梁悬架原钢质横梁用碳纤维复合材料替代,并进行结构优化设计。首先,通过碳纤维增强复合材料层合板力学性能试验获得材料力学参数,建立悬架扭转梁有限元模型,并对扭转梁中的碳纤维复合材料横梁截面进行改进设计。在此基础上,综合考虑横梁质量、刚度和工艺约束,对CFRP横梁进行铺层厚度、角度和铺层顺序的多层次优化。优化后,在满足各项性能指标的情况下,碳纤维增强复合材料横梁比原钢质横梁轻量79.34%,取得显著的轻量化效果。     

基于迷宫问题遗传算法的复合材料铺层数量优化

研究使用最少铺层数量,使产品达到性能指标的复合材料铺层优化问题。使用遗传算法,参考迷宫问题的解决方法,保留普通遗传算法的框架,改变求染色体的适应度值的计算过程,找出满足要求的最少铺层数量的解。在求适应度值过程中增加逐位解释环节,以得不同铺层数量的解。在求适应度值过程中增加解码、剔除无效项、对称环节,以满足复合材料铺层角角度离散、铺层角要少于4层连续相同、对称这些常见要求。结合示例,指出将逐位解释范围分段,可以提高计算效率。该方法实现了对复合材料产品的铺层数量和角度的同时优化,可以实现产品的经济性和轻量化。     

复合材料重型车车架结构的优化设计

对复合材料重型车车架进行了优化设计研究，以复合材料车架重量为目标雨数，分别建立了以车架纵梁复合材料铺层厚度为设计变量的优化模型和以复合材料铺层角度及厚度为设计变量的优化模型。优化结果表明，从现代复合材料的应用与复合材料结构优化设计两方面入手进行汽车大型承载部件的轻量化研究，是非常有效的方法。     

考虑结构、材料和工艺要求的复合材料B柱优化

为实现汽车轻量化,提高汽车耐撞性,并考虑汽车B柱结构形式和材料特性,采用了一种复合材料B柱削层结构。利用复合材料可通过削层工艺方便地实现变截面厚度的特性,分两步对复合材料B柱削层结构进行了多目标的优化。首先,通过分析B柱结构形式确定削层区域,以轻量化为目标,构建代理模型并采用多岛遗传算法进行优化,得到各个子层区域的铺层层数。然后,综合考虑削层结构的工艺和性能特点,研究不同铺层角度和铺层顺序对耐撞性的影响,确定了铺层最佳方案。最终结果表明,在满足工艺要求的条件下,复合材料B柱结构的质量减轻了61.4%,并提升了整车在顶压和侧面碰撞中的耐撞性。     

基于代理模型的复合材料带加强筋板多目标优化

本文以复合材料带加强筋板的质量、刚度及屈曲载荷为优化目标,在铺层约束下对加强筋的铺层数、铺层顺序以及截面尺寸进行多目标优化。为了使NSGA-Ⅱ算法适应于可变铺层数的铺层顺序优化,对算法的基因编码方式进行改造并在遗传操作中引入Permutation操作。优化过程中采用代理模型对结构的刚度及屈曲载荷进行估计,减少了有限元模型的调用次数。算例表明通过优化算法的改造及代理模型的引入降低了优化成本。     

基于多目标遗传算法的复合式盾构刀盘刀具布置优化

为了提高复合式盾构刀盘掘进的稳定性,刀盘上滚刀的优化布置成为设计的核心问题。通过分析滚刀的受力,确定以滚刀极径与极角作为设计变量、滚刀布置原则作为约束的数学优化模型;采用多目标Pareto解的非劣性分层遗传算法将多个目标函数同时优化,根据目标函数最优原则在Pareto最优解集中选择满足要求的优化方案。应用该优化方法对广州地铁某复合式盾构刀盘进行优化布置。研究结果显示:优化后(边滚刀数量为9时),径向载荷合力减小了21.3%,倾覆合力矩减小了17.8%,破岩量方差减少了15%,表明所建模型及使用的多目标Pareto解的非劣性分层遗传算法是可行和有效的。     

全铝车身前纵梁耐撞性与轻量化优化方法

为了提升前纵梁的碰撞性能及轻量化水平,建立了全铝车身前部结构的正面碰撞有限元模型,对前纵梁的耐撞性与轻量化优化方法进行了研究。以前纵梁的3种不同截面形式为对象,对比分析了截面形状的变化对碰撞性能的影响。在此基础上,以碰撞性能及质量为优化目标,分别对3种不同截面形式的前纵梁进行多目标优化。进一步在目标空间中,将3种不同截面形式前纵梁的Pareto解集按其目标函数向量进行相互比较,最终得到了考虑截面形式影响因素的Pareto解集。此优化方法为前纵梁的耐撞性与轻量化优化提供了新的解决方案。     

基于遗传算法的机液传动系统参数匹配研究

本文中对一款机液复合传动变速器进行运动学、动力学和能量管理分析,确定装配方案和基本参数。采用基于Pareto最优原理的多目标遗传算法研究传动系统的参数匹配问题,包括选择优化目标、确定设计变量和约束条件等。建立基于modeFRONTIER的传动系统多目标优化模型,分别以爬坡度和燃油消耗率为动力性和经济性的目标函数,采用多目标遗传算法,结合实验设计,对模型进行全局搜索寻优。结果表明:爬坡度平均值为27.26°,95%置信区间为[26.36°,28.16°],Pareto最优解为27.93°;燃油消耗率平均值为208.88 g/(kW·h),95%置信区间为[208.62,209.13]g/(kW·h),Pareto最优解为206.76 g/(kW·h)。随着优化迭代步数的增加,爬坡度和燃油消耗率两个目标值都将在一个小范围内收敛,且设计变量的Pareto最优解很好地满足传动系统的匹配要求。     

复合材料板簧连接结构的匹配设计方法

为实现某轻型客车复合材料板簧连接结构的匹配设计,通过多体动力学仿真获取了复合材料板簧连接结构各方向上的极限载荷,提出了复合材料板簧连接结构的参数匹配设计方法。根据连接结构的失效模式,提出了连接结构铺层方案的设计原则,并对铺层方案进行了优化。对优化后的连接结构进行台架疲劳试验和实车可靠性试验。结果表明,所设计的复合材料板簧连接结构满足装车要求,这对保证复合材料板簧总成的可靠性,促进其推广应用具有重要意义。     

基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质高强的特点,本文中基于抗撞性要求将某乘用车保险杠原钢制防撞梁替换为CFRP,并进行铺层优化设计。首先对CFRP层合板进行力学性能试验以获得材料参数,并通过三点弯曲仿真试验验证其准确性,然后根据等刚度设计原理,确定CFRP防撞梁的厚度,并通过保险杠低速碰撞有限元仿真对比分析两种材料防撞梁的抗撞性能。在此基础上,以质量、比吸能、最大侵入量和碰撞力峰值为目标,采用熵权TOPSIS方法对CFRP防撞梁进行铺层优化,确定出最优铺层方案。结果表明,在保证抗撞性能要求的条件下,优化后的CFRP防撞梁比原钢制防撞梁减轻了76.82%。     

碳纤维复合材料汽车翼子板优化设计研究

碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)零件的性能与其结构形式和铺层方式相关,合理的结构设计及铺层方式可充分发挥CFRP的效能。以CFRP汽车翼子板为研究对象,在保证性能要求的前提下,采用自由尺寸优化方法进行翼子板结构优化设计。在此基础上,将拉丁超立方采样与有限元方法相结合,获得翼子板设计空间的初始样本数据,建立以安装点刚度为目标的Kriging模型,并利用期望改进准则不断提高模型精度。基于构建的Kriging模型,采用遗传算法求解翼子板最佳铺层方式,使优化后的CFRP翼子板减重效果达到43.1%。     

基于mRNA转录的复合材料铺层数量遗传算法优化

研究使用最少铺层数量,使产品达到性能指标的复合材料铺层优化问题。使用遗传算法,参考真实生物遗传过程,在遗传算法由染色体得到个体的过程中,补充了mRNA转录过程模块。该模块通过在染色体上设定终止子,得到前体mRNA,再通过剪接、对称、角度还原过程,得到成熟mRNA,即铺层序列。在算法运行过程中,染色体长度始终不变,铺层序列的长度通过mRNA转录模块得以改变,由此实现了铺层数量和铺层角度的同时优化。     

汽车复合材料纵梁吸能特性研究

通过有限元软件Abaqus/Explicit建立了玻璃纤维复合材料帽形前纵梁正碰模型,并对所建模型进行了有效性验证。研究了前纵梁正碰吸能特性,对钢制材料、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料进行了对比,结果表明:碳纤维复合材料比吸能最高,质量比钢制材料减轻了20%。使用4种经典铺层对复合材料铺层方式进行研究,当碳纤维复合材料应用[45/-45/90/0]4s的铺层方式,玻璃纤维复合材料应用[0/90/45/-45]4s的铺层方式时,帽形前纵梁的正碰吸能特性较好,且适用于15°与30°斜碰工况。     

CFRP十二直角薄壁梁保险杠的轻量化设计

针对某B级轿车保险杠总成轻量化改进设计,基于碰撞能量管理的方法,确定了保险杠吸能目标,采用正向设计的方法进行详细尺寸设计。吸能盒采用外层为碳纤维增强复合材料(CFRP)、内层为低碳钢板的十二直角薄壁梁结构,根据薄壁梁压溃理论,分别确定两层材料厚度理论值。横梁采用单层CFRP材料的十二直角薄壁梁结构,以刚度等效替代方法,确定横梁厚度理论值。以厚度理论值为基础,设计一系列对比方案,最终通过高、低速碰撞验证选出合理方案,在保证吸能要求的前提下,使保险杠总成质量减轻41.5%。     

基于抗撞性的汽车B柱碳纤维加强板优化设计

考虑到碳纤维增强聚合物基复合材料的特点,本文中将某乘用车B柱原钢材加强板用碳纤维材料替代,并进行优化。首先在整车侧面碰撞有限元模型的基础上进行B柱子结构模型的解耦,利用子结构动态模型进行了B柱加强板的材料替换和性能计算,确定了初始纤维板铺层和厚度;为充分发挥复合材料可设计性的优势,采用面向复合材料的结构优化方法进行了纤维复合材料的铺层厚度、角度和铺层顺序优化。对比原车结构,在抗撞性不变的前提下,碳纤维B柱加强板取得显著的轻量化效果。     

基于模块化设计的车身装配结构优化

本文在考虑车身制造和装配成本的基础上,提出了一种基于图分解算法的车身装配结构设计方法,并为解决以厚度为设计变量进行优化时的收敛问题引入了一种多层二次择优的优化方法。以白车身底板为例,依照最小可制造尺寸对结构进行分割,以分割单元之间的连接关系作为设计变量,结合NSGA-II算法进行优化,得到最优装配方案;以优化得到的Pareto解集中的装配方案为初始解,从中进行二次择优,选出满足稳定性条件的解,对各子部件内的厚度施加约束进行板厚优化,并将得到的板厚值返回到图分解法中进行迭代,直到问题收敛,最终实现对焊接位置和板厚的同时优化。     

碳纤维复合材料防撞梁轻量化设计

为某车型设计了碳纤维复合材料防撞梁,建立了其有限元分析模型,并用传统钢制防撞梁碰撞试验与仿真结果对比验证了模型准确性。然后采用全因子实验设计确定其横截面形状与铺层顺序的最优组合,最后应用NSGA-Ⅱ遗传算法对防撞梁结构铺层厚度进行了多目标优化。结果表明,在其碰撞性能提高的基础上,轻量效果达到将近65%,且优化后的防撞梁结构与吸能盒和前纵梁结构连接后,在高速碰撞过程中变形模式更合理。     

基于模块化设计的车身装配结构优化EI北大核心CSCD

本文在考虑车身制造和装配成本的基础上,提出了一种基于图分解算法的车身装配结构设计方法,并为解决以厚度为设计变量进行优化时的收敛问题引入了一种多层二次择优的优化方法。以白车身底板为例,依照最小可制造尺寸对结构进行分割,以分割单元之间的连接关系作为设计变量,结合NSGA-II算法进行优化,得到最优装配方案;以优化得到的Pareto解集中的装配方案为初始解,从中进行二次择优,选出满足稳定性条件的解,对各子部件内的厚度施加约束进行板厚优化,并将得到的板厚值返回到图分解法中进行迭代,直到问题收敛,最终实现对焊接位置和板厚的同时优化。     

基于可靠度的旧沥青路面加铺混凝土结构优化设计研究

为了更加科学合理地进行旧沥青路面加铺水泥混凝土层结构设计,该文以混凝土加铺层能够满足设计要求的可靠度为目标,考虑混凝土加铺设计中参数值的不确定性和变异性,利用Design-Expert的响应面优化功能,构造多元二次多项式来近似表达功能函数,在最优可靠度附近小范围内寻找满足要求的加铺层方案。结果表明:当量回弹模量、弯拉强度及其和弹性模量的交互作用与加铺层可靠度正相关,弯拉强度对可靠度影响最大。弯拉强度的二次方、弯拉强度和当量回弹模量的交互作用与加铺层可靠度负相关。研究结论能够为旧沥青路面加铺混凝土结构设计提供参考。     

车用复合电源参数与能量管理策略优化方法

文章提出一种车用复合电源参数与能量管理策略的联合优化方法。根据整车性能指标进行复合电源的基本参数匹配,以确定参数优化区间。以电池全寿命行驶里程和百公里耗电量为优化指标,采用带受控精英策略的多目标优化遗传算法(NSGA-II)对复合电源参数及能量管理策略进行优化,获得相应Pareto解集。通过线性加权法建立优选函数,对Pareto解进行优选,优选结果可使电池全寿命行驶里程提高35.0%,百公里能耗降低14.0%。