汽车后副车架轻量化概念设计方法研究

在汽车结构概念设计阶段,将拓扑优化技术与隐式参数化建模相结合,并引入截面形状控制方法,用以实现产品结构-材料-性能一体化优化设计。第1步,对后副车架进行综合目标拓扑优化。第2步,建立隐式参数化模型,采用截面形状控制方法选择零件形状、位置、厚度和材料等36个参数为设计变量,以质量最小、第1阶模态频率最高为目标,硬点刚度和前3阶模态频率为约束,进行多目标优化。结果表明,在满足后副车架性能目标的条件下,质量减轻2.41 kg,其轻量化率达14.5%。     

利用Ansys实现拱轴系数m的优化设计

拱桥模型采用板单元模拟实腹段的自重,在Ansys用Qpdl参数化建立拱桥模型。在此模型基础上,使用一阶方法对拱桥的拱轴系数进行优化。通过实例验证了优化程序的正确和高效。     

基于Kriging模型的类车体气动外形自动优化

为探讨典型外形参数对汽车风阻系数的影响和解决气动外形设计中局部优化方法的盲目性,以MIRA阶背模型作为研究对象,建立参数化分析模型,针对车身7个外形参数进行试验设计及敏感性分析,建立样本点的Kriging近似模型并采用多岛遗传算法来求解车体最优气动外形。结果表明,后风窗倾角对气动阻力系数的影响最大,气动阻力优化是非线性问题且各个外形参数之间存在不同程度的交互效应;优化模型的气流分离得到较大改善,风阻系数降低了12.77%。     

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。     

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。     

任意分布参数的拉杆可靠性优化设计

讨论了随机参数服从任意分布时拉杆的可靠性优化设计问题。在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下，应用随机摄动法和Edgeworth级数方法对拉杆进行可靠性优化设计，通过计算机程序可以实现随机参数服从非正态分布的拉杆可靠性优化设计，迅速准确地得到了拉杆的可靠性优化设计信息。     

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。     

DMO方法及BCP方法对碳纤维复合材料结构拓扑优化结果影响的对比分析

DMO方法和BCP方法是碳纤维复合材料结构拓扑优化中常采用的铺层角度参数化方法。不同的参数化方法对优化结果有很大的影响,合理的参数化方法选择对实际工程优化具有重要意义。本文结合算例,从收敛速率、收敛率以及编码依赖性三个方面进行对比,分析了此两种方法对拓扑优化结果的影响,以对工程实际设计优化进行理论性指导。     

基于2阶响应面模型的汽车前轮定位参数设计研究

综合考虑轮胎磨损及车辆操纵稳定性的要求,运用正交试验方法对某型汽车烛式悬架-整体式转向系统的定位参数进行了设计研究。建立了基于2阶响应面的前轮定位参数设计模型,并应用该模型对前轮定位参数进行了优化设计。通过与经验公式设计结果的对比,验证了该方法的先进性和有效性,     

基于分数阶理论的车辆ABS控制研究

针对车辆制动过程中出现制动失稳问题及对控制安全、稳定性的要求,结合车辆动力学模型,提出一种基于分数阶比例积分微分理论的车辆制动防抱死分数阶PID主动控制方法,并利用Oustaloup滤波器和遗传优化算法对分数阶PID控制器进行有理化和参数整定处理,得到优化后的分数阶PID控制器,最后采用MATLAB/Simulink对车辆制动防抱死分数阶PID控制器进行了离线仿真分析。通过仿真分析表明,当车辆以20m/s的速度在路面上制动时,路面参数一定,采用遗传算法优化的分数阶PID控制相对于模糊自适应控制、传统整数阶PID控制,在制动时间上下降了2.1%和3.1%,制动距离缩短了3.86%和5.82%,其具有较低的超调量、较快的响应和较小的稳态误差。     

静态性能驱动的车身框架关键截面设计

通过隐式参数化软件SFE CONCEPT进行车身框架结构的参数化建模,针对车身全参数正向设计进行性能驱动车身框架关键截面形状设计方法的研究。利用多学科设计优化软件iSIGHT集成SFE CONCEPT、求解器NASTRAN及数据处理器Matlab,建立优化集成系统平台,以实现产品开发过程优化的快速化及自动化。以门槛梁截面形状的优化设计为例,通过离散化的方法将优化问题转化成离散点位置的最优组合。优化过程以质量最小为优化目标,刚度值为约束条件,采用最优拉丁超立方试验设计和模拟退火算法,实现静态性能驱动车身框架关键截面的设计。     

采用响应面法的汽车转向系统固有频率优化

提出一种基于响应面方法的汽车转向系统固有频率优化方法。以某微型车为例,该方法从建立汽车转向系统的有限元模型出发,结合拉丁方试验设计方法,采用最小二乘法建立转向系统的二次响应面近似模型;在此基础上,以转向系统的1阶固有频率最大化为目标,总质量为约束,并通过灵敏度分析选取5个部件有限元模型壳单元壁厚为设计参数,建立优化模型。对转向系统进行优化的结果表明,采用该方法对汽车转向系统进行优化,能有效提高其1阶固有频率,减小转向系统质量,从而抑制转向系统的振动。     

基于SolidWorks软件的液压集成块设计

介绍了应用SolidWorks三维参数化软件进行液压集成块设计的方法,通过液压系统的设计实例,说明采用三维参数化软件,对于提升设计手段、保证设计准确性、缩短设计周期及提高一次性设计成功率具有工程实际意义。     

车辆转向系统的计算机辅助设计

介绍了应用ADAMS软件对车辆转向系统进行设计的方法，并对某车建立了其转向机构的动力学模型。采用了参数化分析方法，对影响转向角的因素进行了设计研究，并进行了优化设计。在优化设计的基础上。运用ADAMS求解出了液压缸的推力，算出了主要液压元件的参数。和传统的设计方法相比，这种方法提高了精度和效率。     

铁路钢桁拱桥减隔震支座设计参数的优化研究

以武广客运专线上一座钢桁拱桥为例,运用结构最优化理论建立了考虑地震时车辆运行安全性的铁路钢桁拱桥模型,采用ANSYS中的零阶优化方法对其减隔震支座进行优化设计,在优化过程中考虑Rayleigh阻尼系数的变化对减隔震体系的影响,实现了对铅芯橡胶支座动力设计参数的优化.通过计算分析,得出了铅芯橡胶支座动力参数对桥梁地震响应的影响规律:在应用LRB对不同场地条件下的铁路钢桁拱桥进行减隔震设计时,屈服后刚度与屈服前刚度比α对结构地震响应有重要影响.因此,可以采用改变屈服后刚度与屈服前刚度比α的简化设计方法,满足桥梁地震响应的要求.为了提高系统的优化效率,在进行减隔震支座优化时,行车安全性的约束可以在优化过程外考虑,即在支座参数优化解确定后,再进行车辆地震输入谱密度强度SI值的验算.     

基于鲨鱼鳍的汽车车身仿生气动减阻研究

通过基于鲨鱼鳍的仿生学研究,设计了一种轿车尾底部附加装置,以期减小汽车的气动阻力。在风洞实验验证了CFD仿真方案的基础上,应用ISIGHT集成UG,ICEM和FLUENT,通过参数化建模,采用2阶响应面近似模型和多岛遗传算法对附加装置进行优化。结果表明:仿生附加装置减小了尾部的气流分离,抑制了湍流涡结形成,改善了流场结构,有效降低了气动阻力,优化后的附加装置使汽车气动阻力系数Cd比原车减小了5.06%。     

基于近似模型的可变后扰流器气动优化

为了更好地改进车辆的气动特性,讨论了一种将参数化建模、CFD计算和数值寻优方法相结合的气动优化方法。设计了一种根据使用工况可调的汽车后扰流器,针对高速行驶和高速制动2种典型工况,对该扰流器的形状和位置进行气动优化。首先对可变后扰流器进行参数化设计,并用拉丁方法对参数化模型进行试验设计,通过CFD计算获取响应值;然后采用Kriging模型构建参数变量与气动特性之间响应关系的近似模型;最后以该模型为基础使用遗传算法对扰流器形状和位置进行优化设计。研究结果表明：优化后的可变扰流器可使整车在高速行驶工况下阻力系数减小3.3%,升力系数减小22.4%;在高速制动工况下,升力系数减小69.9%,整车的气动特性获得了较大的改善。     

基于响应面法的汽车转向系统可靠性优化

针对结构参数的不确定性会导致确定性优化结果不可靠的问题,提出一种将可靠性分析与优化技术相结合的转向系统可靠性优化方法。该方法基于响应面方法构建转向系统优化近似模型,以1阶固有频率为约束,总质量为优化目标对转向系统进行可靠性优化。结果表明,采用该方法对汽车转向系统进行优化,减小了系统质量,提高系统的1阶固有频率,避免怠速共振,达到可靠性优化的目的。     

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Morph网格变形方法的白车身模态优化

白车身模态是影响汽车振动噪声性能优劣的重要因素,在车身CAE仿真设计阶段,白车身模态频率是最为重要的优化指标.以白车身前端横摆模态性能优化为例,通过灵敏度分析确定关键结构位置,利用Morph网格变形方法将关键结构的截面参数化,采用序列二次规划算法进行数值迭代优化;经过12步迭代,白车身前端横摆模态频率提升3.06 Hz,同时1阶弯曲模态、1阶扭转模态和白车身重量3个响应得到了有效的约束控制;结果表明,该方法可以对白车身模态性能实现高效、有针对性的优化设计.