纯电动汽车正面抗撞结构耐撞性拓扑优化方法

为了解决纯电动汽车正面碰撞安全性差的问题,文章提出了一种综合考虑5种典型碰撞工况下整车优化区域以及动力电池布置分析的多目标耐撞性拓扑优化方法。基于混合元胞自动机(hybrid cellular automata,HCA)算法,耐撞性拓扑优化以单元相对密度为设计变量、结构内能密度分布统一为目标,运用固体各向同性微结构材料惩罚模型(solid isotropic material with penalization model,SIMP)下的变密度法进行材料分布;迭代收敛后,最终得到了传力路径优越、构型明朗清晰的耐撞性车身结构,同时得到符合整车性能要求的吸能纵梁形状。对优化后的整车模型进行的耐撞性验证表明,该优化结构让碰撞加速度与结构变形量同步最优化,大大增加了纯电动汽车正面碰撞的安全性,优化出的抗撞结构为纯电动汽车正面耐撞性设计提供了一定的参考。     

基于混合元胞自动机的铝合金保险杠横梁设计

为提高保险杠横梁的耐撞性并考虑轻量化的要求,提出铝合金横梁结构的设计方法.建立耐撞性有限元仿真模型,基于混合元胞自动机方法进行耐撞性拓扑优化,根据材料分布得到H型梁的结构;采用Kriging近似模型技术,进一步优化拓扑优化后的截面尺寸.结果表明,所提出的结构设计方法可以得到合理的截面形状和尺寸,提高了保险杠横梁耐撞性且实现了轻量化设计.     

基于两种不确定的稳健设计方法及其在车身轻量化设计中的应用

针对传统基于近似模型的稳健设计方法中近似模型预测误差易导致优化解约束失效的问题,综合考虑参数不确定和近似模型预测不确定的影响,建立基于2种不确定因素的稳健设计方法,并通过数学测试案例验证所提方法的优化效果.同时,针对车身轻量化问题进行应用研究,选取非线性程度高、近似模型不确定影响大的耐撞性指标作为稳健约束.结果表明,基于2种不确定因素的稳健方法可以有效保证高维、强非线性问题优化解的可靠性,并在满足碰撞性能指标的前提下,达到车身减重11.06%的轻量化效果,从而验证了所提方法的可行性.     

基于LS-DYNA的整车正面碰撞仿真分析及优化

在汽车碰撞事故中,正面碰撞发生的几率是最大的。论文利用CATIA对某款车型进行三维建模,应用Hypermesh和LS-DYNA对汽车正面碰撞中整车的速度、加速度、门框变形量和前围入侵量进行仿真分析。针对前围入侵量过大,开展前纵梁的结构优化与材料的改进,优化后的前围入侵量改善明显,提高了车辆耐撞性,为后续设计提供了依据。     

某车型正面碰撞耐撞性与轻量化研究

针对国内某款微型MPV,首先用有限元方法进行正面100%碰撞工况数值模拟和对标,在基础模型和试验数据的基础上进行正面碰撞的结构耐撞性优化。然后在保证车身结构满足耐撞性要求,刚度、模态等其他性能基本不变的前提下,最大限度地减轻各零部件的质量,实现车身的轻量化和成本控制。最后通过100%正碰实车试验验证了此结构优化和轻量化方案是可行的。     

基于临界碰撞速度的船舶结构耐撞性优化

分析船舶结构碰撞破损、能量转换和碰撞力间的关系,提出以临界撞速为耐撞性指标的船舶结构耐撞性评价模型,建立了船舶结构耐撞性优化方程.以2艘渔船发生正碰为例,开展了船舶碰撞的数值计算.比较了撞击速度对结构碰撞特性的影响,确定了临界撞击速度,给出了以提高船舶结构临界撞速为目标的结构改进建议.数值计算结果表明,基于临界撞速的船舶结构耐撞性评价指标具有可行性.     

八边形逐级吸能梁的设计与优化

研究了一种八边形截面逐级吸能梁结构的设计与优化方法.建立了八边形逐级吸能梁的有限元模型,通过台车试验验证了模型的有效性.采用均匀试验设计方法制订并进行了一系列不同壁厚的八边形逐级吸能梁碰撞仿真,利用仿真结果建立八边形逐级吸能梁的耐撞性回归方程,并进行了回归分析.利用遗传算法,以八边形逐级吸能梁壁厚为变量,对该吸能梁耐撞性进行多目标优化设计,获得一组耐撞性较好的八边形逐级吸能梁设计方案,并将优化方案用于车架耐撞性改进.仿真及试验结果表明,该八边形逐级吸能结构变形吸能均匀,能够更好地达到碰撞安全性要求.     

车身低速碰撞吸能结构的优化设计

针对汽车低速正面碰撞时车身部件的抗撞性优化问题,选择了碰撞盒结构作为研究对象,运用二次回归正交组合试验设计方法合理分布试验点,并结合最小二乘法构造出整体质量、吸能值及最大碰撞力关于板厚的响应面模型;综合考虑实际车身部件板厚范围及轻量化要求,采用自适应响应面法对响应面模型进行了优化设计.结果表明,提出的碰撞盒结构优化方法及流程具有较高的精确性和有效性.     

考虑离散型变量的拼焊板结构耐撞性优化设计

为了进一步了解拼焊板结构的耐撞性以提高其设计水平,将其设计变量(例如材料等级和厚度属性等)在离散空间内给定并进行耐撞性优化设计.分析了焊缝位置和焊点间距对耐撞性能的影响,通过对比可知前者对加速度影响更大.结合非支配序列遗传算法对拼焊板结构进行了多目标优化设计,优化后结构的峰值力降低31.09%,比吸能增加6.84%.优化结果表明:该优化策略能为车身拼焊板结构的轻量化和耐撞性设计提供指导,具有一定的工程意义.     

基于协同优化方法的汽车正面抗撞性优化设计

将最优拉丁方试验设计方法与响应面方法相结合,建立了汽车正面碰撞过程中3组加速度指标的代理模型.使用协同优化方法对该3组加速度指标进行了协同寻优.优化结果表明,优化后3组指标均有不同程度的改善,提高了汽车正面抗撞性,表明使用协同优化方法、结合近似技术和有限元技术是求解汽车抗撞性多目标设计优化问题的一种有效方法,该方法能够有效地避免传统优化方法在求解高度非线性问题时面临的困难.     

基于激光拼焊技术的汽车B柱结构优化设计

利用激光拼焊技术对某轿车B柱进行结构材料一体化设计,在轻量化设计的前提下对其入侵位移和入侵速度进行控制以满足整车侧碰安全性能.根据C-NCAP碰撞法规建立该轿车侧碰有限元模型,并验证了模型的准确性.基于网格节点变形技术创建B柱参数化模型并定义3个结构设计变量和2个材料类型设计变量,以其质量、中部最大入侵位移和最大入侵速度为优化目标,以其上部和下部最大入侵位移和最大入侵速度为约束条件,结合径向基（RBF）近似模型和非支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）对B柱结构进行多目标优化设计,获得Pareto优化前沿,并讨论妥协方案验证对B柱多目标优化设计的效果.      

考虑冲压成形历史的轿车前纵梁总成碰撞仿真

以轿车前纵梁总成为对象,将冲压成形引起的板料厚度减薄、残余应力和等效塑性应变映射到碰撞仿真模型中,详细分析这些因素对零件碰撞过程中能量吸收和碰撞力的影响规律,并从兼顾计算精度和计算效率的角度对影响仿真精度的主要因素进行了分析.结果表明:与忽略冲压成形历史的碰撞仿真结果相比,引入冲压成形历史的碰撞仿真所得内能增大,碰撞力峰值增大及峰值出现时间延后;厚度变化对零件的吸能特性影响显著,残余应力和塑性应变对碰撞力的影响显著.     

某微型面包车正面碰撞耐撞性优化

为提高微型面包车型在正面碰撞中的结构耐撞性能,针对GB11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》的相关技术要求,本文以某量产微型面包车为例分析此类车型车身结构在设计上可规避的弊端,并给出前期总体指导建议。然后运用LS-DYNA软件进行碰撞模拟仿真分析,结合微型面包车的结构特点,并考虑工艺可实施性给出合理的优化方案。通过整车试验验证,此优化方案有效地改善了车身结构耐撞性,碰撞效率值达到55.7%。同时,结果表明为减小乘员舱入侵量和门框变形量,最大限度地保障乘员的逃生空间,微型面包车前端至少应留有450mm的可压缩吸能空间。本文的研究成果可为其它此类结构的车型整车耐撞性开发提供参考。     

纯电动汽车车身多目标拓扑优化设计

为解决纯电动汽车车身设计中仍沿用传统车身,未同时考虑碰撞相容性和正面碰撞安全性的问题,基于混合元胞自动机拓扑优化方法,以在约束条件下吸收碰撞能量最大化为优化目标,对车身结构进行多工况概念设计,从而确定出合理的电动汽车车身布局,设计出了一种满足正面碰撞安全性与碰撞相容性的车身头部结构.结合拓扑优化结果进行有限元模型验证与厚度分析,结果表明:2~3mm的汽车头部厚度可在满足正面碰撞安全性条件下平衡碰撞过程中车体结构的纵向错位,保证碰撞力的均匀分布,实现车身轻量化.     

某车型白车身材料选择优化

文章通过对车身材料选择趋势研究,车身钣金材料用途分析,以及对车身碰撞路径、板材工艺性及物流管理等各方面的考虑,确定某车型车身材料优化方向;经过优化,某型车身材料较优化前,在材料种类、高强度板比例、材料采购成本及模具成本方面都有明显的减少或改善,并且经过CAE验证分析,正碰和侧碰都能满足结构要求.     

基于有限元法的轿车发动机罩板轻量化设计

以某型多功能乘用车为对象,结合材料替换与结构改进对该车的发动机罩内、外板进行轻量化设计,同时解决了实车碰撞试验中发动机罩铰链发生断裂的问题．轻量化设计的发动机罩板满足了静态刚度设计要求及整车耐撞安全性能,验证了轻量化方案的可行性．发动机罩内、外板的减重效果分别为46．38%和50．18％．     

碳纤维增强复合材料汽车保险杠的轻量化设计

针对某款纯电动汽车保险杠轻量化设计的要求与可制造性,设计了一种整体式碳纤维增强树脂基复合材料保险杠,并采用拉丁超立方采样、Kriging近似建模技术与遗传算法进行优化求解.结果表明,优化后的碳纤维增强树脂基复合材料保险杠能够满足耐撞性要求,并达到减重36.4%的轻量化效果.     

优化集成系统平台的建立及其应用研究

通过隐式参数化软件SFE CONCEPT进行参数化建模,利用多学科设计优化软件iSIGHT集成SFE CONCEPT、求解器LS-DYNA和数据处理器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、自动化.以新开发车型前保险杠横梁为例,在保证碰撞安全性的前提下针对保险杠横梁的轻量化问题,对横梁空间形状、截面高度、宽度以及厚度进行优化.以质量最小为优化目标,碰撞压缩量与车体加速度峰值为约束条件,采用最优拉丁超立方试验设计和模拟退火算法,通过优化集成系统平台对模型进行40%偏置、刚性墙、刚性柱三类低速碰撞仿真分析,得到了满意的效果.     

Y型浮式生产储油轮船侧结构耐撞性

利用先进的非线性数值仿真技术,对一种浮式生产储油轮(FPSO)的Y型船侧结构的耐撞性进行了研究．计算出5万t穿梭油船以6m／s航速正撞30万tFPSO Y型船侧结构的场景下,FPSO船侧的结构损伤、最大碰撞力-撞深和船侧构件吸能-撞深等曲线及数据,并与传统型FPSO船侧结构在同样碰撞场景下的相应数据进行比较,以评价Y型船侧结构在耐撞性方面的优势．