车身泡沫填充铝合金波纹夹芯板结构性能分析与优化

针对汽车轻量化和碰撞安全性需求,制备一种泡沫填充铝合金波纹夹芯板复合结构。通过试验和仿真分析,探讨了该夹芯板的压缩、弯曲和抗冲击特性,采用正交试验分析了夹芯板面板和波纹芯板的厚度对其结构抗冲击性的影响,获得板材厚度组合方案。采用变密度法,对夹芯板填充泡沫的分布进行拓扑优化,在保证冲击特性的前提下尽量减小填充泡沫的体积。最后将优化后的夹芯板结构应用于某汽车前车门外板,评价其性能。结果表明,前车门外板采用夹芯板结构后最大侵入量和侵入速度均有不同程度的降低,满足了提升车身轻量化和安全性的设计要求。     

热成形钢板在车身前围下横梁上的应用

文章通过对某CNCAP 5星车型前舱区域进行分析和研究,得出基于目前结构的优化方案。采用在前围区域增加热成形前围下横梁内外板的方案,全新设计前围下横梁内外板结构,对其进行整车碰撞性CAE分析,分析结果表明增加热成形前围下横梁内外板的方案可有效解决前围板侵入量大的问题。结果表明,采用热成型钢板设计的前围板下横梁内外板,不仅可以解决车身的碰撞侵入量大的问题,并提供了一种新的车身传力路径方式,对于提高车身的碰撞安全性能具有重要的现实应用意义。     

车身环状框架结构断面正向轻量化设计

在深入分析主断面库作用的基础上,研究了基于关键坐标及板厚的主断面属性计算方法,探讨了满足弯扭刚度及侧碰工况约束条件下车身前门环结构的优化途径。以车身刚度及侧碰性能为约束条件,主断面属性参数为设计变量,车身结构轻量化为设计目标,采用均匀拉丁超立方试验方法进行样本点的选取,以Kriging插值近似方法构造代理模型,运用冲量梯度下降算法对数学模型进行优化求解,并通过实车试验验证了该优化方案的可行性。     

基于代理模型的汽车正撞安全性仿真优化

针对传统方法无法高效地实现多目标优化的问题,将有限元法和代理模型技术相结合,以整车质量、B柱加速度峰值和前围板侵入量为优化目标构造了其代理模型,研究了样本数量对模型精度的影响,并采用NSGAII优化算法对板件厚度进行了优化。结果表明:增加样本点的数量未必能有效提高代理模型的精度,测试点评价方法的精度在很大程度上依赖测试点的数目和位置,不能准确评价代理模型的精度,而采用交叉验证法取得较好的效果;基于代理模型,对车身结构的板件厚度优化后,效果显著,整车质量减轻了4.1kg,B柱加速度峰值降低了8.44%,前围板侵入量降低了6.03%。     

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.     

车身结构安全优化

针对某车型进行了正面40%可变形壁障碰撞试验,基于hypermesh分析了试验车车身侵入量过大的原因,并对车身前围板骨架、机舱、地板纵梁和前柱加强板结构进行了优化。结果表明,车身结构优化后,有效地改善了车身入侵量,降低了车身罚分,提高了车身碰撞性能,保证了汽车的安全性。     

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。     

基于改进图分解法的多材料车身结构优化设计方法

针对概念设计阶段的车身结构轻量化设计,提出了一种可实现车身多材料结构设计的分层迭代优化方法。该优化方法的设计变量中,除常见的板厚、材料外,还包括装配设计中的拓扑连接,以实现“将合适的材料用在合适的部位”的要求。分层迭代优化的第1层以拓扑连接为设计变量,采用图分解和NSGA-II对车身装配拓扑结构进行多目标优化,最大化车身弯扭刚度和1阶固有频率;第2层对板厚和材料进行多目标优化,最小化车身质量和材料成本。最终采用基于模糊集合的评分公式选定综合最优解,实现了考虑成本的车身结构轻量化设计。     

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%。     

基于多目标可靠性优化的骡车车身耐撞性及轻量化设计

以正面40%重叠可变形壁障碰撞为例,采用试验设计、RBF近似模型和多目标可靠性分析方法,对车身结构参数进行多目标可靠性优化。结果表明:优化后的车身结构满足耐撞性和轻量化要求,同时提高了结构可靠性,为车身结构设计提供了有效的参考。     

偏置碰撞中车身结构优化设计

为了提高汽车在偏置碰撞中的安全性能,文章通过加强前横梁、前围纵梁、A柱内板及A柱加强板的结构;优化前围中骨架、门槛及地板纵梁等材料,并增强各件之间的连接,结合CAE偏置碰撞的安全分析,对车身结构进行优化设计,从而减小乘员舱的变形和对乘员舱的入侵量,为车内乘员提供了更加安全舒适的环境,最终达到提高车身安全的目的,使汽车在偏置碰撞中的安全性能得到很大改善,对乘员起到更好地保护。     

铝侧围外板滚边连接技术浅析

很多汽车厂在车身上已经应用钢制零件与铝制零件的混合连接工艺,由于钢、铝材料属性的差异,导致不能采用常规的电阻点焊进行连接操作;本文针对某项目车身铝侧围外板与钢侧围内板连接需求进行工艺分析,该项目采用滚边工艺增加结构胶接的方式去解决铝侧围外板与钢侧围内板总成连接需求,既要考虑密封条、顶饰条、玻璃安装面对车身功能需求又要保证连接后的车身属性需求。     

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。     

梯度强度汽车薄壁结构抗撞性优化EI北大核心CSCD

本文中采用有限元法,对一种梯度强度汽车薄壁结构的抗撞性能进行仿真研究。首先以该结构在碰撞过程中的峰值碰撞力F和比吸能E为评价指标,分析了板厚t、碰撞端强度s和梯度强度分布指数m对其抗撞性能的影响。通过响应面法建立性能参数F和E与设计变量m,t和s的近似关系,并对该结构进行多目标优化,得到F和E的最优设计Pareto前沿。然后考虑到工艺因素的不稳定性,选取该前沿上的特征点对最优设计的鲁棒性进行分析,发现当梯度强度指数m<0.5时(此时顶端强度和厚度应选最小值)鲁棒性最优。最后以原始材料(低强度均质性能)、高强度材料(高强度均质性能)和梯度强度材料进行某款车型前纵梁的正撞模拟评价。结果表明:梯度强度薄壁结构在乘员舱减速度、前围侵入量和比吸能等方面皆比传统设计有着更优的抗撞性能,且有效减轻了车身质量,综合性能最优。     

梯度强度汽车薄壁结构抗撞性优化

本文中采用有限元法,对一种梯度强度汽车薄壁结构的抗撞性能进行仿真研究。首先以该结构在碰撞过程中的峰值碰撞力F和比吸能E为评价指标,分析了板厚t、碰撞端强度s和梯度强度分布指数m对其抗撞性能的影响。通过响应面法建立性能参数F和E与设计变量m,t和s的近似关系,并对该结构进行多目标优化,得到F和E的最优设计Pareto前沿。然后考虑到工艺因素的不稳定性,选取该前沿上的特征点对最优设计的鲁棒性进行分析,发现当梯度强度指数m0.5时(此时顶端强度和厚度应选最小值)鲁棒性最优。最后以原始材料(低强度均质性能)、高强度材料(高强度均质性能)和梯度强度材料进行某款车型前纵梁的正撞模拟评价。结果表明:梯度强度薄壁结构在乘员舱减速度、前围侵入量和比吸能等方面皆比传统设计有着更优的抗撞性能,且有效减轻了车身质量,综合性能最优。     

车身壁板自由阻尼层稳健性优化设计

在车身壁板自由阻尼层的优化设计中,提出了考虑阻尼材料参数不确定性波动的稳健性优化设计方法。首先,在车身防火墙、地板和顶棚等区域全敷阻尼材料;其次,以等效辐射声功率(ERP)为优化目标对阻尼层布局进行拓扑优化并验证优化效果;最后,以阻尼层厚度为随机设计变量,损耗因子和弹性模量为随机变量,质量最小为优化目标,并结合径向基函数(RBF)近似模型、蒙特卡洛模拟(MCS)和序列二次规划算法(SQP)对阻尼层进行6σ稳健性优化设计。结果表明,优化后车身自由阻尼层的总质量减少了50.45%,并且车身结构噪声性能达到了6σ质量水平,实现了保证车身轻量化要求下的阻尼层稳健性优化的目标。     

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。     

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%。     

基于多目标优化的白车身结构轻量化设计

白车身轻量化研究有利于提高整车性能和减少研发成本,首先建立了某乘用车白车身的有限元模型,接着根据仿真模型分别计算出与NVH、静刚度及正面碰撞安全性能相关的参数,模型各项指标均满足要求。其次,依据综合灵敏度分析思路筛出与碰撞安全无关的设计变量,并且参照能量吸收曲线图选出正面碰撞安全板件的设计变量。针对白车身非碰撞安全相关板件的轻量化设计,根据试验设计方法设计出样本点,对比各类近似模型的精度,采用了椭圆基近似模型,将白车身质量最小、低阶模态最大作为设计目标,把白车身的静态扭转刚度以及静态弯曲刚度作为设计的约束条件,并采用遗传算法对非碰撞安全板件进行多目标优化。针对白车身正面碰撞安全相关板件的轻量化设计,根据试验设计方法设计出样本点,对比各种近似模型的精度,采用了响应面模型,将白车身质量最小、乘员舱加速度峰值最小作为设计目标,将一阶弯曲和一阶扭转模态频率、静态弯曲扭转刚度作为设计的约束条件,并采用遗传算法对碰撞安全板件进行多目标优化。最后,对轻量化前后的性能参数进行比较分析,实现了白车身质量降低13.4kg,降幅3.32%,轻量化系数减小了1,不仅保证了静态弯曲刚度和扭转刚度、白车身的模态频...     

某车型的塑料侧围外板设计

汽车侧围装饰外板是车辆重要的造型件。传统金属侧围外板存在模具投资高、焊接固定导致维修成本高、采用冲压工艺使其无法体现复杂造型特征等限制条件。为解决以上缺点,同时基于轻量化要求的考虑,车身侧围外板可以尝试采用塑料材质。塑料侧围外板通过不同的固定结构和搭接形式固定在车身骨架上可以保证固定的牢靠性,同时满足传统金属侧围外板的基本性能要求。