基于协同优化和多目标遗传算法的车身结构多学科优化设计

在汽车车身结构NVH和侧面碰撞安全性研究中,实施多学科多目标优化的可行性设计。通过试验设计制定试验方案并进行数据采样,构建考虑整车侧撞安全性、白车身模态、静态弯曲刚度、扭转刚度和轻量化等性能的响应面近似模型,然后对车身结构分别进行确定性和可靠性轻量化单目标设计。最后,运用多目标遗传算法结合多学科协同优化对车身结构进行多目标优化设计,获取Pareto最优化解集。研究结果表明:可靠性优化设计较确定性优化设计而言,能考虑产品设计和生产过程中的不确定性因素,保证产品稳健性;车身结构的多目标优化设计全面考虑了车身结构轻量化、NVH和碰撞安全性能等多学科之间的耦合和解耦;设计者可按需选择其满意的优化结果,这将大幅缩减产品开发周期、降低产品开发成本。     

基于某汽车驱动桥壳预应力模态灵敏度的优化设计

针对货车驱动桥壳低阶模态频率过高的问题,以某货车驱动桥壳为研究对象,以桥壳主要关键尺寸为设计变量,对驱动桥壳做了预应力模态分析,获得了结构的前六阶固有频率和振型。通过灵敏度分析方法获得了桥壳各设计变量对低阶模态频率的影响规律,基于灵敏度合理选择设计变量,以提高模态低阶频率为目标,整体结构质量不大于65 kg为约束条件,对桥壳做了优化分析,优化后模态低阶频率提高了约10 Hz;再次对优化后的模型做了强度与刚度分析校核;最后,利用台架对驱动桥壳做了垂直弯曲强度和弯曲刚度试验。研究结果表明:可通过设计变量对模态灵敏度的影响进行分析,来指导设计变量取值,从而提高驱动桥壳的低阶模态频率;经试验验证,试验结果与分析结果一致。     

汽车驱动桥壳有限元分析与轻量化设计

以某重型卡车后驱动桥壳为例,基于Solid Works建立了桥壳的三维参数化模型,运用Workbench对其进行了静力强度、振动模态和疲劳寿命的有限元分析,得出桥壳的应力分布、前5阶固有频率和振型以及疲劳寿命图。有限元分析结果表明:桥壳在刚度和强度上存在较大的裕度。在此基础上,采用目标驱动优化方法,建立了以桥壳质量最小为设计目标,以强度和变形量为约束条件的优化模型,进行了轻量化设计。优化结果显示:桥壳质量减轻了18.03kg,减轻约7.6%,轻量化效果明显。最后对轻量化后的桥壳进行了振动模态、疲劳寿命的有限元验证,以及桥壳的台架试验验证,验证结果共同表明桥壳的轻量化设计是可行的。     

基于OptiStruct的驱动桥壳轻量化设计

驱动桥壳作为汽车的重要承载部件,必须满足刚度和强度的要求,传统的设计理念为了保证性能需求,一般采用冗余设计。通过CAD/CAE的一体化建模技术,采用三维数学模型与有限元模型之间的联合设计,基于OptiStruct的尺寸优化算法实现驱动桥壳的轻量化设计。利用CATIA创建驱动桥壳三维数学模型,导入HYPERMESH力学、动力学分析、疲劳分析验证驱动桥壳满足使用标准,再在OptiStruct求解器做优化分析,经过多次迭代计算,得到分析结果。优化后的桥壳成质量为152. 042 kg,减少了50. 075 kg,减重达到24. 78%,然后对优化后驱动桥壳进行分析,最后对试制的优化后桥壳进行疲劳台架试验,分析和试验结果表明,优化后桥壳满足试验标准,对同类型的轻量化设计有一定的参考价值。     

基于NSGA-Ⅱ混合灵敏度分析的白车身轻量化优化设计

针对白车身的轻量化问题,提出了一种基于混合灵敏度分析的参数化优化方法。通过有限元仿真,标定白车身的弯扭刚度及模态性能。以试验设计分析零件厚度相对白车身弯扭刚度及模态的灵敏度,确定并筛选出对白车身刚度及模态性能影响不大的零件。将零件厚度作为多目标优化的设计变量,以白车身质量最小化、弯扭刚度最大化为优化目标,模态性能为约束条件构建多目标优化设计函数。基于NSGA-II遗传算法,进行白车身结构的轻量化优化设计。经Isight优化求解仿真,优化所选零件的厚度,轻量化设计了白车身结构。轻量化设计后的白车身性能仿真结果表明,其刚度及模态性能得到保证的前提下,白车身质量减轻了5.7%。     

汽车驱动桥壳静动态特性分析与多目标优化研究

针对在驱动桥壳的设计过程中为满足强度和刚度要求而存在的重量冗余问题,提出了一种结合灵敏度分析与响应面模型的多目标优化设计方法。基于ANSYS在3种典型工况下对驱动桥壳进行了静动态特性分析,将驱动桥壳的5个尺寸参数定义为设计变量,以最大变形、最大等效应力、重量和第一阶固有频率为目标函数;采用Box-Behnken试验设计方法对设计变量进行了试验设计、灵敏度分析和响应面分析,研究了驱动桥壳5个尺寸参数变化对目标函数的影响;在响应面分析的基础上,利用遗传算法对驱动桥壳进行了多目标优化。研究结果表明:优化后驱动桥壳的最大变形减小了1.8%,最大等效应力减小了6.57%,重量减小了6.28%,第一阶固有频率增加了2.1%;该结果证明了所提出的驱动桥壳多目标优化方法具有可行性。     

基于UG的驱动桥壳动静态性能有限元分析与优化设计

在某汽车驱动桥壳参数化模型的基础上,利用UG软件系统CAE分析模块建立了在最大垂向力工况下驱动桥壳的动静态性能分析模型。通过静力学分析得到桥壳的应力和位移分布规律,对桥壳动态分析得到桥壳的1~5阶固有频率。在此基础上,分析论述了桥壳厚度对固有频率的影响,结果表明降低桥壳厚度可以提高其低阶固有频率,从而提高桥壳刚度。通过减小桥壳厚度对桥壳进行以轻量化为目标的优化设计,结果表明优化后桥壳轻量化效果明显,应力与变形符合要求。     

汽车驱动桥壳有限元分析及结构改进

为了验证某卡车驱动桥壳的工作特性,基于有限元方法对其驱动桥壳进行强度分析,当其6倍满载轴荷时,其最大应力超过材料抗拉极限,通过增大桥壳的倒角并且垂直距离提高10 mm优化之后,其最大应力为549.0 MPa,降低了10%。采用S-N方法对该驱动桥壳的优化方案进行疲劳寿命预测分析,其最小寿命为1.57×10~6次,大于国标要求的8×10~5次。优化之后的桥壳的第一阶自由模态频率和第一阶约束模态频率分别为101.5 Hz和125.9 Hz,均处于驱动桥旋转激励频率范围之外,将会有效避免其发生共振。优化之后驱动桥壳的每米最大变形为1.097 mm/m,小于国标要求的1.5 mm/m,因此其优化方案的刚度、模态、强度及疲劳均满足要求。     

汽车驱动桥壳性能仿真分析及其改进

针对某汽车驱动桥壳强度性能、模态性能和刚度性能难以获取的问题,基于驱动桥壳强度分析原理模型,采用有限元方法对该驱动桥壳进行有限元建模,根据实际工况对驱动桥壳进行约束和加载,其分析结果表明在垂向跳动工况时,驱动桥壳的最大应力超过其材料屈服,位于桥壳与板簧支座的焊缝连接处,不满足设计要求。通过将驱动桥壳厚度增厚,同时增大桥壳的过渡圆弧半径,改进之后驱动桥壳的最大应力有所降低并且小于材料许用应力,满足强度性能要求。模态分析结果表明,驱动桥壳的前三阶约束频率均大于发动机怠速频率,能够避免发生共振风险,满足模态性能要求。刚度分析结果表明,驱动桥壳的垂向每米轮距最大位移小于国家规范要求值,满足刚度性能要求。因此改进之后的驱动桥壳能够同时满足强度、模态和刚度性能要求。     

商用车驱动桥壳强度和模态的有限元分析

根据汽车振动及有限元理论,建立驱动桥壳动态分析的力学模型。利用UG建立某型商用车驱动桥壳三维几何实体模型,并将该模型与AN-SYS Workbench进行协同仿真,对桥壳进行强度分析,以及在自由状态和预应力状态2种条件下的模态分析,并对结构进行改进优化。其计算结果可为商用车驱动桥壳的结构设计,优化和轻量化以及疲劳寿命预测提供理论依据,具有重要意义。     

基于神经网络和响应面近似模型的车门性能多目标优化

通过优化前车门模态、刚度以及轻量化,以改善整车性能和车内舒适性是车辆NVH的研究热点之一。以某乘用车左前车门为研究对象,计算分析其模态和刚度性能。以关键零部件厚度为设计变量,通过最优拉丁超立方试验设计获取样本数据,构建车门模态、刚度及质量的神经网络和响应面近似模型。以车门一阶弯曲模态频率最大化、质量最小化为优化目标,其余性能为约束,运用NSGA-II遗传算法进行性能多目标优化。结果表明:车门一阶弯曲模态频率提高1.24Hz;车门质量减少3.63kg,轻量化率为13.57%,其余性能均达标。基于多种类近似模型的多目标优化方法可有效提升车门性能。     

驱动桥壳的试验模态分析及优化设计

汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一,主要用于支撑并保护主减速器、差速器和半轴等,使左右驱动车轮的轴向相对位置固定。通过试验模态分析、有限元分析及静力分析,发现了所研究的驱动桥壳在强度和刚度上有很大裕度,基于此,采用尺寸优化技术对驱动桥壳进行优化,优化后驱动桥壳本体中间部分厚度从16mm减小到11mm,加强圈的厚度从23mm减小到19mm,并进行了优化后的桥壳的静力分析和模态分析,优化后桥壳的质量变化率达到27.3%,轻量化效果明显,节约了材料,结构更加合理,研究成果具有一定的工程意义。     

柴油机飞轮壳轻量化优化设计与分析

本文以铸铁HT250飞轮壳进行结构优化,将飞轮壳材料由HT250优化为YL112,降低飞轮壳整体重量为目标,通过优化计算得出,优化后飞轮壳的最大主应力值为100MPa,较HT250飞轮壳的最大主应力在161.2MPa小得多,疲劳安全系数略小于HT250的飞轮壳;并且通过计算两张材料下的动力总成模态频率,采用YL112的飞轮壳1阶模态频率要高于HT250飞轮壳的1阶模态频率,说明优化后飞轮壳的刚度得到一定的提升;通过优化后最终飞轮壳的重量减轻4.5kg,轻量化效果明显。     

基于拓扑和形貌优化的电动汽车动力电池箱轻量化分析

为实现某电动汽车动力电池箱的轻量化设计,首先建立电池箱的三维模型,并对电池箱在颠簸路面、颠簸路面急刹车和颠簸路面急拐弯三种工况下进行静态分析和动力学模态分析。根据分析结果,对电池箱进行分区域优化设计。对电池箱底部为避免单目标拓扑优化的局限性,基于折衷规划法,以静态多工况下刚度和动态特征值为目标进行静动态多目标拓扑优化;对电池箱侧围以提高一阶模态频率为目标进行形貌优化。最后依据优化结果提出了电池箱的优化设计方案并对重新设计的电池箱进行静动力学性能对比验证。结果表明,优化后的电池箱在满足强度和刚度的前提下,实现了轻量化设计,该方法为电动汽车动力电池箱的设计提供了参考。     

基于稳健性多目标优化的微客尾门轻量化设计

针对微客尾门结构的轻量化设计问题,提出了一种基于稳健性多目标优化的尾门轻量化设计方法。首先通过灵敏度分析方法筛选出了对尾门性能贡献量较大的尾门零件厚度作为设计变量,并建立了尾门各个工况响应的近似模型,其次以尾门扭转刚度、下垂刚度、尾门前三阶模态频率和抗凹分析点为约束条件,以尾门质量最小和第一阶模态频率最大和弯曲刚度位移量最小为目标,利用NSGA-Ⅱ算法对尾门进行了多目标优化,通过蒙特卡洛模拟技术对尾门进行了6σ质量水平和可靠度分析,并进行了6σ稳健性多目标优化。最终结果表明:优化设计后尾门结构在满足各性能要求的情况下实现了轻量化,质量减轻了2.28 kg,且弯曲刚度和第一阶模态得到提高;同时尾门结构各工况性能的稳健性也得到改善,达到6σ质量水平。     

汽车车门多学科性能分析与轻量化多目标优化设计

为确保车门力学性能、结构性能、安全性能以及实现轻量化,以汽车前车门为研究对象对其进行有限元模型建立、动静态特性分析并基于LS-DYNA进行碰撞分析。将分析结果结合预期目标,提出以轻量化为主要目标,同时提升下沉工况刚度、窗框中部刚度、优化一阶模态频率的多目标尺寸优化问题。通过建立数学模型,结合Plackett-Burman设计对变量进行灵敏度分析,再通过Hammersley法进行试验设计(DOE)并运用HyperKriging法得到拟合模型。采用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行优化,得到Pareto解集。根据经验,从非劣解中挑选最优解。将优化结果进行分析验证。结果表明:优化后汽车车门性能达到预期目标,质量减轻0.23 kg。     

某城市用公交车驱动桥的优化研究

某城市用公交车在正常行驶过程中驱动桥振动异常,分析可能由于驱动桥共振所致。通过模态试验和有限元分析相结合的方法,获取了该驱动桥的固有模态特性,并将其与可能引起驱动桥共振的激励频率对比,发现在常用发动机转速及变速器挡位下,主减速齿轮啮合频率与驱动桥低阶固有频率耦合。因而应用有限元方法,以提高驱动桥的低阶频率为目标,驱动桥结构强度和质量为约束条件,对其进行优化设计。优化后的驱动桥动态特性得到改善,有效地避开了主减速齿轮的啮合频率。     

电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计

针对传统经验式设计的电动轮自卸车车架结构存在刚度不足、焊缝开裂、重量冗余,以及自身固有频率与非簧载质量激励频率接近而可能发生共振等问题,开展车架结构性能多目标优化设计的研究。首先,基于变密度法和SIMP插值模型对原始车架结构进行了考虑疲劳寿命约束的多目标拓扑优化设计,得到了满足静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大的拓扑优化结构。再次,基于Kriging近似模型的抗疲劳轻量化设计,利用非支配排序多目标遗传算法进行全局寻优,优化后的车架结构质量比原始车架结构质量减少4.24%,且车架结构在同样载荷作用下的应力分布更加均匀,车架强度、刚度、动态特性和疲劳寿命等性能均得到改善。     

VX380T数控加工中心工作台拓扑分析及多目标参数优化设计

为使VX380T数控加工中心工作台同时具有优越的静、动态性能和轻量化特点。利用拓扑分析的方法研究工作台截面的最佳载荷传递路径,依据拓扑分析结果设计了工作台的加强筋布局。将新结构工作台的整体质量和最大频响幅值为目标函数,以各加强筋的结构参数为设计变量,以原始工作台的静态性能和前3阶固有频率为约束条件进行多目标参数优化设计。对参数优化后工作台的质量、静动态性能进行对比分析,结果表明,其质量减轻了12.19%的同时,其静动态性能也得到了显著提高,证明了优化设计的可行性和有效性。     

汽车驱动桥壳轻量化材料试验与仿真分析

驱动桥壳作为汽车的主要承载件,研究驱动桥壳的轻量化设计具有重要意义。对某汽车驱动桥壳的轻量化设计进行了详细的介绍,并通过仿真分析,确定可行的设计方案,为类似汽车驱动桥壳轻量化设计提供参考。