基于子结构拓扑优化的大客车耐撞性改进

提出了一种基于子结构拓扑优化的大客车车身骨架耐撞性改进设计方法。首先通过测试和仿真进行某承载式大客车耐撞性评价,分析车身结构变形的症结;提取前端驾驶区骨架为子结构,以其碰撞吸能量相同为等效条件,进行子结构耐撞性分析与改进;接着为控制子结构的局部失稳变形,以吸能盒碰撞力峰值为载荷条件,进行子结构空间区域拓扑优化,完成8组改进方案的对比分析,选取质量最轻的达标方案进行台车实验验证;最后将该方案导入整车结构中进行耐撞性改进验证。结果表明:整车的耐撞性得到有效提高。     

新颖变截面多胞薄壁结构的耐撞性研究

为进一步提高多胞薄壁结构在轴向载荷条件下的耐撞性能,提出了一种新颖的变截面多胞薄壁结构,该结构通过将传统均匀多胞结构内胞壁旋转一定的角度而形成,使得同一截面上的各胞元呈现非均匀特性。结合试验与数值有限元分析方法,以最大峰值力和比吸能为耐撞性评价指标,开展不同截面旋转轴位置、旋转角度和薄壁厚度等参数下的变截面多胞与均匀多胞结构的耐撞性对比研究。此外,为进一步探索变截面多胞结构的最优耐撞性,结合Kriging近似模型技术与多目标粒子群方法对变截面多胞结构进行了耐撞性寻优,获得了该结构的Pareto前沿与在不同设计要求下的最优参数匹配。研究结果表明:旋转轴位置、旋转角度和薄壁厚度对变截面多胞薄壁结构的比吸能有显著影响,但旋转轴位置和旋转角度对最大峰值力的影响较小,变截面多胞薄壁结构的比吸能较传统均匀多胞结构提高了约8%;当碰撞最大峰值力限定在180kN范围内时,该结构的最优设计参数壁厚t与旋转角度θ分别为1.52mm和1.85°。     

汽车前纵梁结构耐撞性分析及多目标优化设计

为提高汽车前纵梁结构的耐撞性和轻量化水平,文章对其进行多目标优化设计。基于动态落锤冲击试验,建立并验证了前纵梁有限元模型的准确性以及建模方法的可靠性。结合试验设计、粒子群优化（PSO）算法改进的支持向量机回归模型（SVR）和非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ）,以减轻前纵梁质量和增加其比吸能为优化目标,对前纵梁的结构进行确定性优化和可靠性优化。结果表明,优化后的前纵梁结构耐撞性和轻量化水平都有了提升,同时也保证了设计的可靠性。     

轻型校车A柱正面耐撞性仿真分析及优化

针对某轻型校车正面碰撞过程中前门变形超标的问题,通过使用Hypermesh和LS-DYNA软件进行整车建模和仿真,分析发现原车前端存在力传递路径不合理的问题,并据此对车身进行结构优化。结果验证显示,优化后校车A柱后移量明显减少,证明该方法可有效地提高轻型校车的耐撞性,对于同类车型的A柱耐撞性设计有较强的工程意义。     

CFRP多胞结构吸能机制及多工况耐撞性设计

将轻质高强的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)应用到多胞结构设计中,有望进一步提升CFRP薄壁结构的耐撞性能及吸能效率。为了研究CFRP多胞结构在多角度加载工况作用下的能量吸收机制及耐撞性能,采用机织平纹CFRP预浸料制备CFRP单胞管以及2个不同规格的CFRP多胞管,并通过调整壁厚使所有结构的质量保持相等;随后,对上述3个试样开展准静态轴向压溃试验,通过试验揭示CFRP多胞管的耐撞性能。此外,建立CFRP多胞管的有限元模型,采用数值仿真的方法揭示多胞管的能量吸收机制,并基于试验验证的有限元模型进一步分析9种不同规格的CFRP多胞结构在多种加载角度下的压溃性能。最后,采用多指标评价方法(COPRAS)对不同构型的多胞管在多种压溃角度下的耐撞性能进行综合评价。试验结果表明:单胞管发生了不稳定的局部屈曲,多胞管发生了稳定的渐进失效,并且在等质量的条件下,多胞管的总吸能比单胞管的总吸能高约68%。仿真结果表明:层内损伤是CFRP多胞管以及单胞管的主要吸能机制,其能量耗散值约占总能量的50%;且随着加载角度的增加,各结构的总吸能逐渐下降,但各吸能机制所耗散能量的占比变化不大,增加胞数以及内壁胞壁的厚度均能小幅度提升多胞管的能量吸收特性。综合耐撞性评价结果表明:试样MT3-4[胞数为9,内部胞壁厚度b为1.178 0 mm(5层),外部胞壁厚度c为0.235 6 mm(1层)]在多种压溃角度下具有更好的综合耐撞性能。     

汽车结构耐撞性设计与优化研究综述

汽车的碰撞安全问题是汽车行业一直重点关注的问题之一,开展汽车结构的耐撞性设计已成为提升车辆碰撞安全性的重要手段。文章对国内外汽车结构耐撞性设计与优化的研究成果进行回顾与总结,鉴于碰撞过程的强非线性与众多设计准则相互耦合等特性,重点对近似多目标耐撞性优化方法及其应用进行综述,并分析存在的问题和进一步深入研究的方向。     

轿车车身结构侧向耐撞性的有限元分析

以国内某新型轿车为对象,基于有限元分析方法,系统地研究了侧面碰撞的整车建模技术、移动壁障建模技术、仿真计算方法和结构耐撞性分析方法。实验结果验证了整车模型的有效性。侧向耐撞性分析以结构变形响应特性为主,包括结构变形能、变形量、变形速度等,运用碰撞响应时序图综合分析了碰撞力、假人损伤和结构变形等多项响应之间的相互关系。总结形成一套适合于轿车侧向耐撞性分析与设计验证的CAE技术流程。     

田口鲁棒设计方法在汽车耐撞性优化中的应用

将田口鲁棒设计方法和稳健性理论与试验设计相结合,应用于某微型客车的前端大梁组件结构的设 计,通过与仅靠试验设计得出结果的对比分析,表明该方法不仅实现了对整车耐撞性的优化,同时提高了设计变量的稳健性,具有较强的工程实用性.     

仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的耐撞性能研究

为提高汽车吸能盒结构耐撞性,受毛竹微观结构启发,提出3种不同的仿生双菱形肋边多胞薄壁结构。建立仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的有限元模型,通过有限元仿真对比研究仿生双菱形肋边多胞薄壁结构与传统八边形多胞薄壁结构的耐撞性。分析双菱形肋边布置方式、内层壁厚等因素对新型薄壁结构吸能特性和变形模式的影响。结果表明,与传统八边形多胞薄壁结构相比,仿生双菱形肋边多胞薄壁结构的吸能特性有了明显的提升;双菱形肋边布置方式和内外层壁厚对结构吸能特性均有一定影响;随着内层壁厚的增加,结构最大峰值力减小,但总能量吸收和比吸能减少,载荷平稳度降低。仿生双菱形肋边多胞薄壁结构能有效降低乘员在汽车正面碰撞中所受的伤害,可应用到新能源汽车吸能盒的设计开发中。     

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%。     

客车正面碰撞车身结构耐撞性分析与改进

以一款12 m承载式公路客车为研究对象,进行实车30 km/h碰撞测试和整车CAE模型验证,并对车辆结构的耐撞性进行分析,提出前部结构改进方案,结构耐撞性有明显的提升。     

基于博弈论的汽车耐撞性多目标优化设计

提出一种基于博弈论的耐撞性多目标优化设计方法,用非合作博弈处理多个目标之间的冲突,以达到纳什均衡状态的解作为最优解.并以某新车型为例,应用均匀设计和移动最小二乘法构建了代理模型,进行了面向US-NCAP法规的结构耐撞性优化设计,取得了比传统的线性加权法更好的优化效果.     

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Kriging模型的车身耐撞性优化设计

采用最优拉丁方法进行试验设计,基于Kriging模型建立汽车耐撞性评价指标的替代模型,然后利用替代模型建立耐撞性优化的数学模型并进行耐撞性优化。结果表明,基于Kriging的替代模型的拟合精度较高,采用该模型进行的优化可提高汽车的耐撞性。     

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.     

基于某商用车开发过程的正面碰撞仿真分析与优化设计

首先对这款商用车的设计初版模型进行了结构耐撞性分析,然后基于B柱加速度波形曲线走势以及驾驶室的变形等情况对整车的结构进行了优化设计。优化之后的仿真结果表明,该车的吸能能力得到了明显的改善,驾驶室变形量也得到了明显的降低。最后进行了约束系统碰撞分析,结果表明乘员伤害值满足设计的法规要求。     

基于正交设计的汽车前纵梁吸能结构的优化

为了增强某款SUV车的耐撞性,提出了一种带诱导槽的八边形结构、可逐级吸收碰撞能量的前纵梁,并建立了其准静态纵向压溃和台车碰撞两种有限元模型。在台车模型中考虑了台车质心位置和车轮模型的刚度、高速旋转与摩擦特性的影响;采用正交试验设计法对前纵梁的材料、壁厚和焊点位置进行了优化,并将优化结果用于底盘结构。底盘耐撞性试验结果表明,优化后结构具有较好的吸能能力。     

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。     

微型客车正面耐撞性的结构优化研究

微型客车因其成本低廉,安全配置低,吸能空间有限,对车身结构的安全性设计有较高的要求.本文对某款成熟车型进行了正面碰撞仿真分析,并与试验结果进行对标,针对原车在车身安全设计方面的缺点,对该车的纵梁结构进行优化,对截面形状、加强板结构、诱导槽等进行改进设计,设置合理的前部刚度.优化后,车身最大加速度降低了38.5％,平均加速度降低了5.3％,结构耐撞性得到明显提高,纵梁加强板减重1.18 kg,并且碰撞相容性也得到了优化.结果表明,在乘员空间和约束系统不变的前提下,新结构使整车耐撞性有较明显的提高,乘员伤害值有明显降低.     

梯度碳纤维复合材料/铝合金复合多胞管斜压失稳研究

以碳纤维复合材料 （Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic,CFRP） /铝合金复合多胞吸能管为研究对象,建立基于试验验证的高精度有限元模型,对比分析了CFRP/铝合金复合单胞管与多胞管在多角度斜向压缩工况下的动力学响应,阐明CFRP/铝合金复合多胞管的优缺点,解析CFRP与铝合金的吸能贡献机制。针对CFRP/铝合金多胞管大角度工况下的斜压失稳问题,提出一种基于CFRP梯度缠绕策略的失稳控制方法,明确了以CFRP正向梯度缠绕铝合金复合多胞管为基础构型的解决方案。通过对梯度厚度差值与梯度层数进行参数化研究,建立了高效精准的梯度设计策略,确保CFRP/铝合金复合多胞管在期望角度范围内始终保持稳定高效的变形模式,实现多工况综合耐撞性能的显著提升。研究 成果为多材料轻质安全车身结构的耐撞性设计提供理论指导与共性技术支撑。