基于序列Kriging模型的汽车车身轻量化可靠性优化设计CSCD

为减少汽车车身轻量化可靠性优化设计的计算量并提高优化设计的精度,提出一种序列Kriging可靠性优化设计方法。以整车质量作为优化目标,选取整车耐撞性指标作为可靠性约束,建立可靠性优化设计模型。采用Latin超立方试验设计生成汽车正面碰撞有限元仿真模型的样本数据进行计算,根据有限元仿真结果构建目标和约束函数的Kriging近似模型;采用序列优化与可靠性评定方法 (SORA)将该嵌套优化问题解耦为单层次优化问题;优化每一迭代步,基于Kriging模型采用功能度量法评定概率约束。结果表明:所提方法满足工程设计所需的效率和精度要求,满足了整车安全性、轻量化和可靠性设计要求,整车质量减少约1.4%。     

基于Kriging模型的汽车前部结构的耐撞性优化

以汽车前部结构丰要板件的厚度为变量,采用拉丁超立方试验设计生成100个汽车正面碰撞有限元仿真模型的样本数据并进行计算,对计算结果应用Kriging模拟法构建了前部结构的质量、B柱加速度最大值和最大吸能的近似模型.以B柱加速度最大值为目标,以前部结构的质量、各板件厚度和最大吸能为约束,利用模拟退火算法进行全局优化,最终得到一组前部板件厚度的最优组合,使B柱加速度最人值达到最小.Kriging 模型的计算精度和效率满足耐撞性上程设计的要求.     

基于多目标遗传算法优化和研究CIASI保险指数安全性能

以CIASI保险指数的正面25%偏置碰撞、侧面碰撞和车顶抗压为例,对如何提高乘员舱耐撞性强度和车身轻量化进行研究。将有限元整车碰撞模型解耦成乘员舱简易模型,对乘员舱简易模型主要结构件进行DOE试验设计并构建Kriging近似代理模型,基于非支配排序遗传算法对乘员舱强度和车身质量进行多目标确定性和可靠性优化。结果表明,优化后乘员舱强度提高10.18%,并且相比初始设计减重10.0%,为对应保险指数提供参考建议。     

基于多胞结构的车身前端轻量化和耐撞性设计

为满足车身轻量化和耐撞性设计的要求,采用材料替换与结构改进相结合的方法对前端进行优化。基于试验验证的整车正面碰撞模型,建立了铝制前端模型并与钢制设计方案进行了耐撞性对比。为提高铝制前端耐撞性能,设计了不同胞数的多胞构型截面,并在三点弯曲和轴向压溃工况下分析其吸能特性。运用多目标优化方法对多胞前端的结构参数进行寻优。结果表明,优化后的铝制多胞结构能在改善整车耐撞性的同时,显著减轻前端质量。     

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。     

基于中国保险汽车安全指数 C-IASI的商业车险纯保费研究

车险作为我国第一财险险种，费率厘定不够精准一直是行业发展的痛点。在国外发达保险市场上，汽车碰撞安全等级及其修复性一直是重要费率厘定因子，并设有相关机构进行汽车碰撞测试。为了弥补我国在这方面的空白，中保研汽车技术研究院和中国汽车工程研究院在中国保险协会的指导下跨界合作开展低速碰撞测试，模拟事故常见的正碰和追尾，从耐撞性、维修经济性、维修比、维修费用、气囊是否直接起爆等 5个维度进行汽车耐撞性及经济维修性测评，构建中国保险汽车安全指数C-IASI。通过引入C-IASI的9项指标，并建立泊松-伽马模型和Tweedie模型，探究汽车自身耐撞性和维修经济性导致的不同赔付差异与机动车辆保费的适配性。实证结果表明，加入中国保险汽车安全指数C-IASI后，商业车险纯保费预测效果有明显提升，泊松-伽马模型和Tweedie模型预测效果接近。     

基于序列Kriging模型的车身轻量化设计

为解决常规Kriging模型在设计空间拟合精度低的问题,提出了序列Kriging模型。通过预期改善函数,在优化解附近和设计空间的稀疏区域增加样本点,不断更新近似模型,从而提高近似模型在兴趣域的拟合精度和全局预测能力。通过两个数值算例分析了序列Kriging模型的全局搜索特性,从算例优化的统计结果可以看出,序列Kriging模型比常规Kriging模型的优化精度更高,稳健性更好。最后,序列Kriging模型被应用到车身轻量化设计中,采用粒子群算法所得到的优化结果表明,近似模型的精度有了很大的提高,并且在满足耐撞性约束的同时所选部件的质量降低了23.35%。     

基于隐式参数化模型的车身结构优化设计

引入隐式参数化模型的概念,并结合有限元网格自动生成技术,对车身模型各项特性参数进行有效设置,可实现运算过程无须人工干预的优化循环,对车身结构进行形状与拓扑优化。以某车型为例,对前保险杠与碰撞盒组成的系统结构进行了基于耐撞性能的优化。优化后结构对于增强车身耐撞性效果明显。     

基于耐撞性能的白车身简化模型建模研究

以白车身前纵梁为例,基于白车身的耐撞件能对设计初期简化模型的建模进行了研究.引入神经网络技术实现了白车身耐撞性能参数与梁单元特性参数的非线性映射,通过提取和储存梁单元的特性参数,实现了梁单元模型对传统壳单元有限元模型的等效替代和模型优化.研究表明,通过神经网络技术得到的梁单元模型能够准确体现白车身的正碰特性参数,可在概念设计阶段对车身耐撞性进行有效预测.     

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。     

基于参数化白车身的前纵梁响应面优化设计

以前纵梁为研究对象,基于SFE Concept参数化白车身模型,对正面100%刚性墙碰撞下的整车耐撞性能进行数值模拟和优化设计。文中引入"分析驱动设计"的理念,综合考虑有效加速度、效率、侵入量等多个评价指标,对纵梁的截面、厚度、长度等参数进行DOE实验设计并建立数学模型,总结各设计变量对碰撞性能的影响规律,最终得到纵梁的最优化设计,提高了整车的耐碰撞性能。     

车身钣件材料对正面偏置碰撞安全性的影响

采用正交试验方法分析车身钣件材料变更对汽车正面偏置碰撞的安全性的影响程度。建立了某车的正面偏置碰撞模型,提出了对偏撞安全性的评价指标,对多个不同钣件材料更换组合进行了仿真分析。最终得出了各钣件材料变更对各个评价指标的影响程度和排序。     

基于响应面和kriging代理模型的汽车B柱优化设计

为保证B柱耐撞性,同时减轻其质量以实现汽车轻量化,对某轿车B柱侧面碰撞进行了有限元分析.针对B柱外板、内板和两加强板厚度,设计了L16(45)正交试验,并由此进行仿真,得到胸部和腹部侵入量与侵入速度的数学代理模型.应用序列二次规划对B柱各板厚度进行优化,可知B柱质量减轻11.6％,在兼顾耐撞性的同时实现了汽车轻量化.     

基于代理模型的薄壁钣件抗撞性优化设计

为研究薄壁吸能钣件的抗撞性,基于动力显式有限元法和全因子试验设计,结合响应面方法建立了薄壁钣件的代理模型.以结构的比吸能为优化目标,采用序列二次规划算法对结构参数进行优化,找到吸能钣件的比吸能随钣件长度和厚度而变化的规律,得到了该薄壁钣件的最优设计参数.     

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。     

考虑稳健性的汽车结构耐撞性优化设计

本文中基于C-NCAP中40%重叠度的偏置碰撞工况对某轿车进行结构耐撞性优化。为提高输出响应的预测精度,使用基于粒子群算法优化的支持向量回归模型来拟合设计变量与输出响应之间的关系,并利用非支配排序多目标遗传算法Ⅱ获得该优化问题的Pareto前沿。在确定性优化的基础上,并考虑产品性能在不确定因素影响下的波动,对其进行稳健性优化设计。最后,对优化结果进行有限元仿真验证。结果表明:优化后,结构质量减轻,耐撞性能明显提升,同时保障了稳定的产品性能。     

Design optimization of thin-walled circular tubular structures with graded thickness under later impact loading

In order to improve the crashing performance under lateral impact scenario, a thin-walled circular tube with functionally graded thickness (FGT) is introduced with its superior performance in this paper. The wall thickness of the FGT tubual structure is graded along the axial direction. Based on the assumed graded thickness function, several important parameters (such as the graded exponent, the tube diameter and yield stress) are selected and their effects on dynamic energy absorption characteristics are discussed. The analyzed results show that the FGT has better crashworthiness in special energy absorption (SEA) and crash force efficiency (CFE) than uniform thickness (UT) tube. Then, the optimization design is further employed to obtain the Pareto fronts of the graded configuration under lateral impact loading. Note that the specific energy absorption (SEA) and crashing force efficiency (CFE) are regarded as the objectives, and the grading exponent, yield stress and diameter are defined as the design variables. The surrogate model with the best accuracy is chosen by error analysis for improving the accuracy of optimization process. Thus, the optimal solution is reasonably obtained and analyzed. The optimal results indicate that the FGT structures have significant potential applications into vehicle body especially under later impacting event.     

EWL组合近似模型在铝车身轻量化优化中的应用

以铝车身为研究对象,基于详细接头建立了铝车身参数化概念模型,其与车身详细模型的误差控制在15%以内,满足工程开发要求。采用相对灵敏度分析法筛选出铝车身的8个关键断面作为设计变量。提出EWL组合近似模型;运用最优拉丁超立方设计(Optimal Latin Hypercube Design,OLHD)采样法分别建立基础性能的KRI、响应面法(Response Surface Methodology,RSM)、径向基函数(Radial Basis Function,RBF)法、反比例平均化(EI)法、启发式计算(EG)法和EWL组合近似模型,通过对比分析误差评价指标得出EWL组合近似模型具有最优的拟合精度和稳定性。综合运用EWL组合优化模型和组合优化算法,即全局自适应模拟退火算法(Adaptive Simulated Algorithms,ASA)和梯度序列二次规划(Non-linear Programming by Quadratic Lagrangian,NLPQL)法的组合优化策略对参数化概念铝车身模型进行轻量化优化。结果表明,在4项基础性能不降低的情况下实现铝车身质量减轻6.7 kg,占整车质量的6.58%,且试验误差控制在10%以内,取得了较好的轻量化效果,为概念设计阶段的铝车身轻量化设计提供指导。