隐式参数化发动机舱盖结构轻量化研究

在汽车发动机舱盖概念设计阶段,通过SFE Concept隐式参数化建模软件搭建发动机舱盖的参数化模型。以发动机舱盖内板纵梁位置和内板厚度为设计变量,联合Isight建立发动机舱盖的模态,质量和弯曲刚度自动化分析流程。通过分析计算得到发动机舱盖设计变量组合样本的结果并建立发动机舱盖模态,质量和弯曲刚度的近似模型,采用Pointer算法对模型进行优化计算,在保证发动机舱盖模态,弯曲刚度满足设计目标的前提下得到发动机舱盖轻量化设计方案,舱盖重量在原有基础上下降了3.2%。     

基于隐式参数化建模的发动机舱盖结构优化

为提升某发动机舱盖模态频率与刚度性能,建立隐式参数化模型。以结构在不同约束或加载位置下表现出不同的刚度性能为依据,研究此发动机舱盖的缓冲块在不同位置处对刚度性能的影响。将此作为设计变量,结合发动机舱盖断面尺寸,支撑梁位置设计变量进行多目标优化并研究了各变量对性能的影响。结果表明,缓冲块沿整车坐标系下的X向及Y向移动,对各项刚度性能均有不同程度的影响。同时,多目标优化对弯曲刚度及前角刚度性能有明显的提升,获得了更为合理的结构。     

基于MATLAB优化气动撑杆参数的发动机舱盖周边尺寸匹配精度改善研究

基于气动撑杆引起发动机舱盖变形而导致周边尺寸匹配精度不良的问题，通过CATIA三维虚拟装配模拟分析，利用MATLAB对气动撑杆安装参数进行数值优化计算，研究出合理的发动机舱盖气动撑杆设计参数，进行相应的设计变更，并进行实车装配效果验证，使发动机舱盖周边尺寸匹配精度控制在目标范围内。针对发动机舱盖气动撑杆设计参数的变化规律，可得出以下结论：气动撑杆安装位置越靠近发动机舱盖前部，越靠近车身后部，其弹力比a越大；气动撑杆安装位置越靠近发动机舱盖前部，越靠近车身前部，其行程S越大；在改善气动撑杆反力导致发动机舱盖变形问题上，应尽可能将撑杆安装在发动机舱盖内板的前部区域，以减小最大压缩力。     

发动机舱盖及连接点的安全性能研究

发动机舱盖是车身结构中重要的开启件,根据设计要求,发动机舱盖要具有必要的过开启角度以满足发动机舱盖在结构及功能上的要求。文章采用Abaqus静力学分析功能,针对某款车型发动机舱盖进行过开启分析,得到舱盖的过开启角度和卸载之后的残余角度。考察舱盖和铰链的最大应力,并分析因过开启引起的铰链、舱盖的等效塑性应变是否满足设计要求。仿真结果表明:舱盖在过开启过程中无破坏风险,舱盖的过开启性能满足设计要求。     

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。     

基于区域灵敏度的发罩结构优化设计

传统的灵敏度分析对象都是车身结构的零部件,对汽车结构性能提升的指导也大多局限于板件厚度的减薄与加厚,而且都是通过对车身板件厚度灵敏度分析,没有对零件的各个区域进行灵敏度分析,并进行结构优化设计。本文提出了一种将零件划分为不同的区域,通过各区域对结构性能的进行灵敏度分析,并对灵敏度较大的零件区域进行结构设计的方法,可以避免在零部件结构优化中对结构修改的盲目性,提高设计效率,减少设计成本。本文以发动机罩为例,对发动机罩的扭转刚度进行提升,首先将内板进行区域划分,通过内板各区域对发罩扭转刚度的灵敏度分析,获得对发罩扭转刚度贡献较大的内板区域,并对该区域内板进行结构优化设计,最后通过CAE分析验证,证明了结构优化的有效性,该方法可以推广应用到车身其它零件的结构优化设计中。     

铸铝一体化发动机罩的可靠性优化设计

为了提高发动机罩的轻量化水平与性能要求,采用“材料-工艺-结构-性能”一体化集成方法设计铸铝一体化发动机罩。建立了发动机罩的有限元模型,通过模态试验验证了所建模型的准确性。以铸铝发动机罩厚度为设计变量,综合考虑发动机罩的刚度和模态性能,采用最优拉丁超立方试验设计构造样本点,联合径向基（Radial Basis Function,RBF）神经网络模型与多岛遗传算法（Multi-Island Genetic Algorithm,MIGA）进行多目标优化。基于RBF-MIGA近似模型和6Sigma可靠性优化方法对发动机罩进行优化设计。结果表明,经可靠性优化后的发动机罩质量减轻了10.59%,约束一阶模态提高了41.43%。     

基于正交试验的铝合金覆盖件模面优化

本文中基于正交试验,采用Dynaform软件进行某车型AA6014-T4铝合金机舱盖外板模面结构的设计和优化。研究表明:模面的拔模斜度对机舱盖外板的减薄率影响最大,而边界延长量对其增厚率影响最大。当其它成形工艺参数一定时,优化得到的最佳工艺参数为:边界延长量4mm、凸模圆角20mm、拔模斜度20°和凹模圆角10mm,经仿真和试验验证,板件成形质量好,无开裂和起皱等缺陷。     

关于机盖总成外观凹陷的研究与优化

汽车前机舱盖设计受造型和性能双方面影响,文章在保证造型要求下从关闭状态下外板凹坑、外板凹陷刚度、行人头部撞击伤害值三因素分析,通过将机盖内板溃缩孔与机盖内板横向加强筋阶梯布置,机盖锁前移缩短外板支撑的跨距等方法,优化发动机罩结构,同时保证产品在行人保护法规中的得分要求。     

轿车铝合金发动机罩板的轻量化设计与可制造性分析

为了将铝合金零件的综合力学性能纳入初始设计范畴,提出了一套结构优化设计方法。通过建立某款轿车发动机罩板的有限元模型,选择铝合金材料替换原有钢材料,以罩板综合性能为约束,结合优化设计方法,考虑板材的成形性因素,基于原始钢结构空间布局进行全新设计。结果表明:铝合金罩板在满足结构性能要求和可制造性的前提下可实现减轻质量47.1%,为初始设计阶段的铝合金罩板轻量化设计提供了一套可借鉴的方法。     

基于头碰与结构性能的发动机罩正向优化设计

文章以某发动机罩正向开发为例,通过将头碰工况转化为静态加载的方法,结合刚度模态工况,对发动机罩进行多学科拓扑优化及概念设计。建立全参数化模型,快速设计并验证了发动机罩初始方案。自行开发的二次开发工具包实现了大样本点生成、提交计算及提取结果的自动化。运用基于试验设计与近似模型的参数优化技术,研究了影响发动机罩各项性能的关键因素,同时平衡发动机罩各项性能与重量的关系,得到优化设计方案。通过对Pareto前沿的研究,定量寻找性能之间的走势关系,并寻找性能效率的拐点,从而提高了发动机罩的正向开发能力。     

基于多学科优化设计的车门轻量化研究

采用均匀拉丁方试验设计和利用移动最小二乘法建立了车门模态、刚度、强度和侧柱碰的多学科近似响应面模型,将关键部件的厚度作为设计变量,以各项结构性能为约束,以车门重量最小为优化目标,最后利用自适应响应面法进行多学科优化设计并得到了较好的优化结果,优化结果进行了工程解读及有限元验证。最终的优化结果显示各项结构性能满足要求而且分布更加均衡,同时实现了较好的轻量化效果,优化方案具有较强的工程实用性。     

基于顶压及侧碰简化模型的轿车车身B柱结构优化设计

综合考虑车顶强度和侧面碰撞的安全性能,对某轿车的B柱结构进行优化设计。基于顶压和侧碰的简化模型对B柱内板分成上下两部分进行焊接,将其高强度钢选型和厚度作为离散设计变量,同时对材料成本、车顶最大承载作用力、B柱侵入速度和侵入量进行约束,建立B柱结构优化的数学模型。采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对B柱拼焊板结构进行优化设计。结果表明:在优化计算效率大大提高的同时,材料成本降低了8. 0%,B柱结构总质量降低了19. 3%,B柱侵入速度、侵入量分别减小了5. 6%和3. 5%,车顶承载能力提高了17. 3%,有效提高了车顶强度和侧面碰撞的安全性能。     

不同雷诺数下车辆队列尾车发动机舱盖气动特性研究

数值仿真与模型风洞试验相结合研究了典型工况下两车队列中尾车发动机舱盖气动特性和两车间隔区域的流场,对比了缩比模型和实车模型对应雷诺数下车辆队列的流动形态。缩比模型仿真结果与风洞试验结果一致表明采用数值方法的可行。对比不同雷诺数下车辆队列气动特性发现,缩比模型与实车模型发动机舱盖表面平均静压分布基本相同,但在纵向对称面上,实车模型的前车尾迹比缩比模型更加上扬,底部区域气流速度更高。非定常条件下,实车模型前车尾涡相对尺度明显小于缩比模型,且扩散得更充分,尾迹区涡的分布状态更加混沌,发动机舱盖表面脉动能量的分布更加混乱。涡在两车间隔区域的运动并非简单的移动,而是一个由涡破裂、涡配对和涡融合构成的复杂过程。     

基于效用函数理论的车身PP夹芯板结构参数优化与应用研究

为使采用聚丙烯(polypropylene, PP)芯材的夹芯板替代车身钢板获得更好的结构性能,选取车身板件的刚度、强度、质量和成本等多种设计属性,基于多属性效用函数理论,建立夹芯板结构参数(厚度)优化模型。将夹芯板结构设计的多目标优化问题转化为单目标优化问题,采用MATLAB编写参数优化程序,进行优化和实验验证。将优化的夹芯板结构应用于某汽车前围板,采用有限元仿真方法对前围板替换前后的车身结构性能进行了分析与评价。结果表明,采用优化的夹芯板前围板后,车身结构性能有明显改善。     

概念车身框架结构的多变量截面参数优化

建立了由Timoshenko梁单元、Mindlin四边形板单元及接头单元构成的概念车身框架结构简化模型,并对该复杂结构进行了参数优化.为简易求解,将梁单元的力学特性参数转为截面几何变量,以梁单元、板单元截面几何参数为设计变量,以车身框架质量最小、刚度最大为目标,建立多目标优化模型,并采用Pareto遗传算法进行求解.算例表明:经过有限代进化,所有个体全部落入可行域内,并最终找到较优解;优化后的模型车身质量减轻,刚度提高.     

基于DoE的内燃机平衡轴优化设计

运用GT-Crank软件,建立直列4缸发动机模型,以发动机y方向二阶往复惯性力为优化目标,以平衡轴的结构参数为设计变量,进行仿真及DoE分析,并由DoE优化设计的结果设计计算平衡轴的结构尺寸。仿真数据表明,加装平衡轴后,y方向二阶往复惯性力大幅降低。     

稀薄燃烧发动机改型设计及正时策略优化

基于某高速汽油机,对燃烧室结构、燃油喷射特性、凸轮型线改型设计为稀薄燃烧发动机。提出利用响应面模型对正时策略进行分析和优化的研究方法,并建立利用响应面进行多目标优化计算的流程。以提高有效功率和降低有效燃油消耗率为优化目标,以点火正时、空燃比和进排气正时为设计变量,建立了发动机性能与响应面耦合优化模型。分析与试验结果表明:较标准混合比燃烧时,稀薄燃烧发动机的进排气提前角减小,点火正时提前,最低燃油消耗率下降3.9%,最大功率提升9.7%;同时利用响应面优化方法提高了优化效率。     

基于空气压力载荷的发动机舱盖颤振预测方法

发动机舱盖作为吸收汽车碰撞能量的主要部件,其在高速道路行驶条件下的变形和颤振问题是影响汽车安全的重要因素。基于发动机舱盖颤振性能要求,文章提出了一种高速行驶条件下发动机舱盖颤振变形的预测方法。通过有限元模拟计算,考虑重力作用下的准静态加载、缓冲垫和弹簧作用下的弹性力加载,以及高速行驶条件下空气压力载荷的多维加载工况,完成了方法定义、模型建立、性能分析、试验校核,研究了多维加载对发动机舱盖颤振的影响,验证了该预测方法开发和应用的可行性与有效性。     

刚度、强度与频率约束下的白车身板厚尺寸优化

全面地考虑了刚度、强度与频率约束,对某轿车的白车身结构进行轻量化设计。首先根据工艺要求对白车身结构进行了组件化建模,选取了关键的82个组件,每个组件中的板单元的厚度相同。其次在静态弯扭工况与自由模态工况下对车身结构进行了有限元分析。然后以质量最小为目标,以弯扭刚度、应力和前3阶固有频率为约束条件,板厚为设计变量,建立了白车身结构优化模型。最后采用序列线性规划进行非线性优化,取得了良好的轻量化效果:白车身质量减轻34.6kg,减轻率达11.4%。