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。     

车身正向开发过程中的优化设计

研究了如何在车身的各个开发阶段,合理地应用多种优化设计方法。以某款车的白车身正向开发为例,运用拓扑优化技术,找到白车身结构最有效的材料分布;建立全参数化的几何/有限元模型,研究载荷传递路径,确定车身结构,采用基于实验设计与近似模型的参数优化技术,平衡白车身的结构、安全、振动噪声等性能和车身质量,得到了最优设计方案;优化零件形貌,设计冲压筋。通过4个具体的案例(拓扑优化、路径研究、参数优化和形貌优化),合理的运用多种优化设计方法,优化车身正向开发流程,提高开发效率,提升车身的结构、安全和振动噪声等性能,并降低车身质量。     

基于全参数化模型的白车身多学科设计优化

在某车型前期开发中,引入"分析驱动设计"的理念,建立了隐式全参数化白车身模型,并根据整车的空间布置,设定了车身架构关键参数的有效变化范围;通过试验设计建立近似模型,分析了白车身架构关键参数对刚度、模态和被动安全性的影响;最后进行整车优化,获得了满足刚度、模态和被动安全性能等多学科性能要求的前期白车身架构。     

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%。     

考虑气动阻力和横风稳定的汽车车身多目标优化设计

综合考虑了气动阻力特性和横风稳定性,对车身外形参数进行了多目标自动优化设计。综合利用参数化建模技术、计算流体力学(CFD)仿真、试验设计方法、响应面模型和智能优化算法,集成Pro/Engineer参数化建模和ICEM网格划分工具以及Fluent仿真软件,在多学科优化平台modeFRONTIER上,搭建了一种自动优化设计流程。利用该流程,基于遗传算法(GA)对MIRA快背式模型车身几何外形进行了改型设计,得到了考虑车身气动阻力特性和横风稳定性的最优权衡设计解集。该结果使得气动阻力因数降低了5.2%,侧向力因数降低了5.8%。因而,实现了车身气动阻力和横风稳定性的多目标优化。     

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%。     

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。     

基于降维算法的车身可靠性优化

基于降维算法,以最小化车身质量作为优化目标,选取车身弯曲和扭转刚度功能函数可靠度作为约束条件,建立了一种新的车身可靠性优化模型。利用降维算法,建立了新的n个一维函数模型近似替代原功能函数,借助泰勒级数和统计矩理论,求解车身功能函数的前4阶矩信息,并通过4阶矩法,得到车身可靠度;通过基于改进自适应遗传算法的优化方法与可靠性评定,将该嵌套优化问题解耦为单层优化问题;优化每一迭代步,采用罚函数法来改进适应度函数。与传统可靠性优化方法相比,本文方法无需多重积分求解功能函数统计矩,无需迭代搜索最可能失效点,且可避免种群陷入局部最优的缺陷。数值算例结果表明:所提方法具有较高的计算精度和较好的适应性。     

基于区间不确定性的前悬架多目标可靠性优化

为减小悬架定位参数在车轮跳动过程中的变化量,以改善整车的操纵稳定性,减小轮胎的磨损,提出了一种考虑不确定性因素的前悬架不确定性多目标优化方法。首先,在Adams/Car中建立某车轿麦弗逊式前悬架模型,并运用Adams/Insight进行悬架设计硬点参数的灵敏度分析。然后,利用基于薄板样条插值的高维模型描述技术构建了设计变量和不确定变量与目标函数之间的近似模型。最后,针对该近似模型运用双层嵌套的改进非支配排序遗传算法和隔代遗传算法进行多目标不确定性优化与可靠性优化,得到Pareto最优解集。结果表明,优化后悬架主要定位参数在车轮跳动过程中的变化量有不同程度的减小,说明整车的操纵稳定性有所改善。     

钢铝混合白车身在汽车轻量化中的应用及乘用车轻量化实例

在节能减排和新能源汽车长续航里程的需求下,汽车轻量化是目前最有效的手段,白车身重量占据整台汽车较大百分比,白车身轻量化是汽车减重的核心目标,目前新型轻量化设计,铝合金白车身在乘用车领域已被广泛使用,但全铝车身也存在材质本身缺陷,铝合金强度低于钢,关键强度位置无法达到碰撞要求,文章以热成型钢作为关键强度建与铝合金组成混合材质的乘用车白车身实例进行分析,比较传统的钢制车身,可使整车减重40%。并保证汽车优异碰撞性能要求。     

电动赛车轻量化材料车身设计及分析

为某电动赛车设计轻量化材料车身,通过对车身的三维建模,以及综合运用有限元模态分析技术,选用不同材料,优化车身结构,对整车车身的轻量化进行了较为深入的研究.通过文章的研究,对电动赛车车身在材料运用上提供了理论基础与技术支撑,与传统电动赛车的车身重量相比,车身重量大幅降低.     

铝合金发动机罩盖内板结构优化设计研究

为实现发动罩盖的轻量化设计,本文使用铝合金材料制作发动机罩盖。基于刚度和行人保护,利用OptiStruct软件优化设计一种新型的铝合金内板结构,相比原钢制罩盖,重量减轻46.4％,行人头部保护、刚度和模态性能没有降低。     

Theoretical method for predicting the weight reduction rate of a box-type car body for rolling stock by material substitution design

In this paper, a theoretical approach is suggested for predicting the structural performances and weight reduction rate of a car body with a box-type section when its material is substituted with a lightweight material for weight saving. For the material substitution design of a car body for rolling stock, bending, axial, and twisting deformations should be considered at constant stiffness and strength conditions. To compare the weight reduction effects on different material applications, some new indices were derived from a structural performance point of view. The derived indices provide good measures to estimate weight reduction by material substitution design and can be effectively applied to the conceptual design of a car body.     

铝合金在汽车轻量化中的应用

铝合金是目前汽车轻量化研发制造应用频率较高的材料,这是因为铝合金的应用能够切实降低汽车自重.为此,本文首先分析了铝合金在汽车轻量化中的应用优势,其次分析了铝合金在汽车轻量化中的应用技术、分类、方式,旨在为铝合金在汽车轻量化中的应用提供参考,以此来提高汽车轻量化效率和质量.     

基于整体拓扑优化的白车身轻量化设计

传统拓扑优化技术主要集中在单个零部件的减重孔位置以及大小进行优化设计,而忽略整体车身结构的空间优化。本研究针对某微车,在概念设计阶段,通过采用整体拓扑优化技术,着眼整体空间结构,以车身弯曲刚度和扭转刚度作为优化目标,对整体车身结构进行优化设计,得到最优的车身承载骨架,实现整体车身结构的空间布局优化,从而为车身详细设计阶段的轻量化设计提供指导。     

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。     

Structural design of an outer tie rod for a passenger car

This study proposes a structural design method for an outer tie rod installed in a passenger car. The weight of the outer tie rod is optimized by using the aluminum alloy Al6082M, which is developed as a steel-substitute material, and applying structural optimization techniques. The high strength aluminum with improved mechanical properties was developed to reduce the weight of the outer tie rod. The newly developed aluminum alloy Al6082M is applied as the material of the outer tie rod. The static strength due to inertia force, durability and buckling performances are considered in the structural design of the outer tie rod. At the proto design stage of a new outer tie rod, it is cost-effective to utilize FE (finite element) analysis to predict each of these performances. In addition, the current trend in the structural design of automobile parts is to use optimization techniques to reduce the weights of the parts. First, for an arbitrary base design, the static strength, the life cycle and the buckling load are calculated to check whether the design satisfies its criteria. Then, the critical performance is selected so as to include its loading condition only in the optimization process. In this study, the metamodel based optimization process using kriging is adopted to obtain the minimum weight satisfying the critical design requirement. Then, the feasibility of the determined optimum shape is investigated against the other performances. Finally, the optimum design of outer tie rod is modified by considering forging efficiency. The performances of the final design are investigated through simulation and experiment.     

轻量化技术在汽车车身上的应用

汽车轻量化对于降低汽车燃油消耗和减少排放污染起着举足轻重的作用,采用轻质材料是实现汽车轻量化的重要途径。文章详细分析了轻量化技术在现代汽车中的应用,包括铝合金、镁合金、钛合金3种轻合金的特点、轻量化设计技术以及金属成型方法和连接技术,说明了汽车轻量化的意义,对汽车的轻量化技术发展有一定的指导作用。     

轿车车身结构的技术动向(续1)

进入20世纪后,轿车车身结构设计技术发展迅速,出现了许多新的技术。文章通过介绍车身布置新方案、空气动力特性、车身安全特性以及声振粗糙度(NVH)性能,阐述了轿车车身结构的新动向,如取消中柱;通过采用高强度钢、铝合金及塑料等材料,以及采用新型车身结构来满足碰撞要求,同时减轻整车质量。车身结构也越来越考虑到减少车身噪声源和噪声强度。