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。     

基于正面碰撞安全性的增程式纯电动汽车车身轻量化研究

以增程式纯电动汽车为研究对象,在保证其正面碰撞安全性的前提下,对其车身与关键零部件进行轻量化设计,设定了优化目标函数。对整车一阶模态对主要零部件厚度的敏感性进行分析,选取对于一阶模态影响较大的车身零部件进行轻量化设计,并建立车辆正面碰撞有限元仿真模型。通过对比轻量化设计前后白车身的弯曲模态和扭转模态,预测轻量化设计后的增程式纯电动汽车的正面碰撞安全性能。经实车碰撞试验,验证了轻量化设计后的增程式纯电动汽车具有良好的正面碰撞安全性,轻量化水平在同类车型中处于中等水平。     

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。     

基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化

本文旨在进行基于分析驱动设计的封闭白车身轻量化多目标优化。首先建立隐式参数化封闭白车身模型,以快速实现有限元模型的变化与更新。进而对生成的有限元模型进行模块化设置。结合参数化模型和模块化设置实现了封闭白车身后台全自动运算的功能。以封闭白车身质量最小、扭转刚度最大为目标,车身1阶弯曲模态、弯曲刚度和弯扭工况强度为约束,板件厚度、主断面位置和主断面形状等54个参数为设计变量,采用NSGA-Ⅱ算法,对封闭白车身进行轻量化多目标优化。优化算法根据性能梯度变化和相应的搜索功能实现了"分析驱动设计"的理念。优化结果表明,封闭白车身质量降低32.41kg,轻量化率达7.63%。除白车身静态弯曲刚度降低0.74%之外,其他性能均得到提升,最大的改善率为2.69%。     

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。     

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%。     

基于碰撞性能的车身刚度链设计方法

本文中综合考虑车身动态与静态刚度和正面碰撞安全性,提出了一种车身正向概念设计方法。首先,根据车身A级面和整体布置,建立了车身简化几何模型,确定了19个车身主断面,并基于梁单元理论和传递矩阵法建立车身刚度链数学模型。接着,采用碰撞经验公式设计矩形前纵梁,以等效静态载荷模拟车身正面碰撞动态加载,并提出了基于等效静态加载条件下的车身变形要求。然后,以车身质量最轻为目标,车身静态刚度、1阶模态和碰撞变形为约束,采用遗传算法优化车身各梁单元主断面参数。最后对某一近似标杆车进行有限元仿真,计算其车身静刚度与模态,与本文中的刚度链方法计算结果进行对比,验证了该方法的可行性。     

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RSM与RBF的车身多目标轻量化应用研究

文章以某自主品牌SUV白车身为研究对象,通过Isight为优化平台,搭建了白车身模态、弯曲刚度与扭转刚度的多目标轻量化优化的仿真分析模型。通过优化超拉丁方法设计试验,响应面法(RSM)和径向基神经网络(RBF)分别进行近似模型的计算,最后以Pointer方法全局优化。在保证精度的条件下,降低计算成本。在保证性能的前提下,减重6.11kg。     

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%。     

基于自由尺寸优化的车身结构嵌件优化设计

为研究车身结构嵌件对白车身扭转刚度的影响,基于白车身扭转刚度仿真分析模型,首先通过自由尺寸优化方法找到结构嵌件在车身关键接头的嵌入位置,再用工程塑料内外饰零件的建模方法设计嵌件骨架结构,然后再次通过自由尺寸优化方法对嵌件骨架进行结构优化和轻量化,从而得到兼顾白车身扭转刚度和重量的嵌件结构。仿真分析结果表明:白车身在重量仅增加0.4%的情况下,扭转刚度提升5.5%,整体一阶扭转模态频率提升5.9%。     

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。     

基于HyperWorks白车身灵敏度分析及结构优化

摘要：以白车身钣金件厚度为设计变量,以白车身质量最小为目标,以白车身扭转刚度不低于原有结构的扭转刚度为约束函数,得到扭转刚度对各板件厚度的灵敏度,通过调整板件厚度,对白车身结构进行优化。优化结果表明,在扭转刚度性能略有提高的情况下实现了减重目标。     

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isight响应面模型的白车身轻量化研究

在保持车身结构性能不变的情况下,对白车身进行灵敏度分析,根据灵敏度分析结果,选取58个零件厚度作为设计变量,在isight中采用优化拉丁超立方方法对样本采样,对白车身弯扭刚度及1阶扭转模态进行分析,采用1阶响应面方法建立白车身弯扭刚度、1阶扭转模态及质量近似模型,近似模型拟合优度值R2均大于0.9,具有高可信度,最后通过近似模型优化方法 SQP(Sequential Quadratic Programming,序列二次规划法)完成白车身减重。优化后的弯扭刚度及1阶扭转模态都达到设计要求,在材料不变的情况下,质量减轻约23.6kg;基于isight多学科优化方法结合相应有限元分析软件在车身减重方面具有很好效果。     

基于拓扑优化的纯电动大客车车身骨架轻量化多目标优化设计

为了在满足性能要求的前提下有效降低纯电动大客车车身骨架结构质量,减少客车行驶阻力,节省电耗、提高续航里程,进而提升整车的性能品质和市场竞争力,对客车车身骨架进行了轻量化多目标优化设计。建立了某纯电动大客车车身骨架结构的有限元模型,以客车车身骨架总柔度最小为目标,设计区域的体积为约束条件,设计区域各单元的相对密度作为设计变量,对车身结构的车顶骨架、车底骨架和左右侧围骨架进行了拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果提取出了大客车车身骨架的拓扑结构。通过相对灵敏度分析,从21个设计变量中确定出13个对车身骨架性能不敏感但对减重较敏感的设计变量,然后以车身骨架质量M最小、一阶扭转频率Ft和弯曲频率Fb最大作为目标,以弯曲和扭转工况下车身骨架结构的静柔度Cb和Ct小于给定值作为约束条件,以相对灵敏度分析确定出的13个壁厚参数作为设计变量,用尺寸优化方法和多目标遗传算法(MOGA)对大客车车身骨架结构进行了轻量化优化设计,并在4种典型工况下对优化前后的大客车车身骨架结构的静、动态性能进行了分析对比。结果表明:所建立的纯电动大客车车身骨架拓扑优化方法、相对灵敏度分析方法与轻量化多目标优化设计方法有效,在满足大客车车身骨架结构性能要求的前提下,实现减重303kg,减重率为11%,轻量化效果显著。     

基于相对灵敏度分析的中型客车车架轻量化设计

建立了某客车车架的有限元模型,分析了车架的弯曲和扭转刚度。对车架各构件进行了灵敏度分析,取质量灵敏度与刚度灵敏度之比较大的构件厚度作为设计变量,以质量最小作为目标函数,以位移为约束条件,对车架进行了轻量化设计。优化结果表明,基于灵敏度分析的优化设计方法可行,轻量化效果明显。