多学科设计优化在整车轻量化设计中的应用研究

采用最优拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,同时,为了提高计算效率,采用了一种新型的响应面构建方法——逐步回归响应面方法构建了整车耐撞性与白车身自由模态多学科系统的近似模型,利用序列二次规划优化方法对此近似模型进行优化,避免了整车碰撞传统优化设计方法计算量大,在碰撞非线性系统优化中常常易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点,在满足了CMVDR294安全法规的同时,使得白车身的扭转模态值得到提高,汽车重量得到较大程度的减轻。     

汽车车身耐撞性与NVH多学科设计优化研究

将多学科设计优化运用在汽车车身耐撞性研究中,通过拉丁方试验设计获取采样数据点,同时,为了提高了计算效率,构建了考虑整车正撞安全性和白车身扭转模态优化设计的多学科系统的响应面近似模型,然后运用序列响应面方法结合多学科可行性方法对近似模型进行优化。避免了传统整车耐撞性和白车身NVH相结合的多学科优化设计方法计算量大,且在碰撞非线性系统优化中常常易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点。在较好地满足CMVDR294安全法规的同时,使得白车身的扭转模态值得到提高,在一定程度上改善了汽车的安全性、舒适性和平顺性。     

汽车车身耐撞性与NVH多学科设计优化研究

将多学科设计优化运用在汽车车身耐撞性研究中,通过拉丁方试验设计获取采样数据点,同时,为了提高了计算效率,构建了考虑整车正撞安全性和白车身扭转模态优化设计的多学科系统的响应面近似模型,然后运用序列响应面方法结合多学科可行性方法对近似模型进行优化。避免了传统整车耐撞性和白车身NVH相结合的多学科优化设计方法计算量大,且在碰撞非线性系统优化中常常易导致收敛缓慢甚至不收敛的缺点。在较好地满足CMVDR294安全法规的同时,使得白车身的扭转模态值得到提高,在一定程度上改善了汽车的安全性、舒适性和平顺性。
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基于变复杂度近似模型的汽车安全性和轻量化优化

针对汽车安全性优化过程中考虑冲压效应的计算复杂性特点,采用最优拉丁方实验设计,利用较少样本点数据在传统模型和高精度模型间建立一个差值补偿响应面模型,再通过传统模型和差值补偿响应面模型构造新的实验样本点,在此基础上建立Kriging响应面模型,应用多目标粒子群优化算法对此响应面模型进行优化求解,进行了整车正面碰撞和轻量化多目标优化设计。结果表明,该方法能够在保证响应面精度的前提下,快速收敛于优化解。     

多目标遗传算法在整车轻量化优化设计中的应用研究

采用D－最优试验设计方法对汽车前部关键吸能部件的材料和板料厚度进行多参数空间的样本数据设计;为提高计算效率,将能够代表整车正面碰撞过程的高精度多参数近似模型引入到整车轻量化优化设计中,并利用多目标遗传算法对近似模型进行优化,使得车身前部吸能部件的板料厚度和材料得到合理配置,同时也使得整车质量和B柱加速度尽可能最小。在车辆安全性满足CMVDR294安全法规的同时,也在一定程度上减小了整车的质量。     

汽车前防撞梁的耐撞性与轻量化优化设计

为改善汽车的耐撞性、提升汽车的轻量化程度,从结构改进的角度对汽车前防撞梁进行优化设计。建立汽车前防撞梁正面100%碰撞模型,以前防撞梁横梁和吸能盒厚度为设计变量,以碰撞力峰值作为约束条件,构建以前防撞梁总成吸能量最大化、质量最小化的多目标优化模型。采用哈默斯利法进行试验设计,通过拟合得到近似模型。近似模型与仿真值误差不高于5%。采用全局响应面法对多目标问题进行优化,得到Pareto最优解集。结果表明,优化后前防撞梁吸能量提高了15.8%,质量降低了6%,碰撞力峰值降低了20.3%,比吸能提高了23.1%。优化设计显著改善了汽车的耐撞性并提升了汽车的轻量化程度。     

基于侧面碰撞安全性的汽车车身结构优化设计

针对车身的侧面碰撞安全性与轻量化两学科相互制约的问题,建立某SUV侧面碰撞仿真模型进行研究,并对其仿真结果进行分析,分析得到对车身安全性有重要影响的关键构件并将其厚度作为设计变量;通过均匀试验设计获取试验数据,并用逐步回归方法构造整车侧碰安全性和轻量化等性能相关的响应面近似模型,然后运用序列二次规划法(SQP)结合基于自适应加权的多目标优化方法对车身结构进行多学科协同优化。在保证整车轻量化目标的同时,显著提高了车身侧面碰撞安全性。     

副车架侧边纵梁耐撞性优化设计

为了对全框式副车架侧边纵梁结构进行耐撞性优化设计,以副车架侧边纵梁结构参数为变量,建立了该结构耐撞性和轻量化优化问题的数学模型。运用方差分析法（ANOVA）选择对副车架侧边纵梁耐撞性和轻量化影响显著的结构因子作为主要设计变量,采用正交试验设计方法进行试验设计;运用LS-dyna软件进行碰撞模拟;根据有限元仿真结果建立了响应面近似模型,并对该近似模型解决该问题的可靠性进行了验证,结果表明,所建立的响应面近似模型适合解决组合优化问题。优化设计后的副车架侧边纵梁能在提高耐撞性能的同时,保持较好的轻量化水平。     

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。     

面向约束优化的改进响应面法在车身轻量化设计中的应用

轿车车身轻量化设计是一个多约束的复杂系统优化问题,且必须满足各项车身结构性能,其中碰撞安全性是先决条件.实际中普遍采用试验设计和响应面法相结合的手段开展轻量化研究.针对传统响应面法拟合约束函数易引起优化解落在非可行域内的缺陷,提出一种面向不等式约束函数的改进响应面法,使近似约束边界分布在可行域中,得到能够满足设计约束的优化解,数值算例验证了改进响应面法在处理约束优化问题中具有比传统响应面法更为明显的优势.将其应用到车身轻量化设计中,结果表明,基于本研究提出的改进响应面法的轻量化方案优于传统响应面法,整车耐撞性能得到提高的同时实现车身前部结构减重21.4%,为开展车身轻量化设计研究提供可借鉴的方法.     

汽车轻量化与制造工艺

汽车轻量化是当前汽车工业发展方向,阐述轻量化工艺在我国现代轿车轻量化中的应用,介绍内高压成型技术、管件液压成型技术、轻量化连接技术等先进轻量化工艺,讨论轻量化工艺技术可行性,提出了我国现代轿车轻量化工艺技术发展方向.     

变速器轻量化设计探索

近年来,随着能源危机的发生,汽车工业面临节能、减排的发展需要,而汽车的轻量化对汽车的节能、减排有十分重要的意义。变速器作为汽车动力总成的重要组成部分,其重量大约占了整车的5%。本文以手动变速器的设计为例,对变速器的齿轮、壳体、同步器、拨叉、轴承等设计的轻量化进行探讨,主要从材料、设计、制造等角度进行了分析对比,初步提出变速器轻量化设计的思路。     

浅谈用于汽车生产中不同轻量化材料的加工工艺

阐述了常用汽车生产轻量化材料的加工工艺方法,并详细介绍了其工艺分类、工艺原理以及工艺特点,指出了加工工艺的技术难点,最后提出了汽车轻量化研究的热点和发展趋势,对轻量化设计具有一定的参考作用。     

复合材料尾门设计应用趋势研究

汽车复合材料尾门的研究已然成为各大汽车制造商车身部件轻量化、模块化的重要方向。梳理了复合材料尾门技术发展的历史,详细比较了几种典型复合材料尾门技术的优缺点。通过对现有量产车型复合材料尾门的调研分析,总结出复合材料尾门的设计要点以及未来发展趋势,为中国自主品牌汽车开发复合材料尾门提供参考。     

基于抗凹性的轿车零件的轻量化设计及耐撞性分析

基于扁壳理论推导了在集中载荷作用下，双曲扁壳的抗凹刚度的表达形式。根据扁壳中心局部产生微凹痕的临界外载荷作为汽车扁平类零件在轻量化过程中的一项重要指标。并通过仿真分析，验证了轻量化零件的耐撞性。     

轻质合金在汽车轻量化中的应用

为了降低空气污染,节省能源消耗,汽车轻量化已成为一种发展趋势。轻质合金的应用是实现汽车轻量化的有效途径,分别分析了铝合金、镁合金、钛合金3种轻质合金的特点与性能优势,阐述了轻质合金的发展与应用现状,总结了轻质合金在汽车轻量化应用中的现存问题,最后提出了我国汽车工业轻质合金的发展建议。     

基于碰撞安全的复合材料尾门设计

由于环保和节能的需要,汽车轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。介绍了复合材料的优缺点,并将复合材料应用到汽车尾门,通过材料选型、结构设计以及碰撞安全的CAE仿真分析,设计出后部碰撞性能与传统钣金尾门性能相当的复合材料尾门,最终轻量化比例达到35.3%。     

700MPa级超高强重载汽车车厢板的研制

为推进重载汽车轻量化进程,优化国内热轧超高强汽车用钢产品结构,以低成本高性能为基本原则,提出以较低的含碳量和一定量的锰并复合添加微合金元素铌和钛的成分设计思路,运用细晶强化和析出强化,在天铁1 750 mm半连续热连轧机组实现了700 MPa级超高强重载汽车用车厢板的试制。热轧工艺参数如下:加热温度为1 250℃,终轧温度在780～860℃,卷取温度在500～620℃。车厢板的显微组织以细小铁素体为主,存在少量的退化珠光体,并获得了大量尺度为20 nm以下的(Nb,Ti)C析出物。车厢板的屈服强度和抗拉强度分别达到600 MPa和700 MPa,伸长率在19%～22%。车厢板具有优良的冷弯性能、扩孔性能及低温冲击韧度,性能达到或超过国内外同类产品水平。车厢板具有优良的焊接性能。700 MPa级车厢板替代Q345制造车厢可实现20%左右的结构减重。     

支持协同的3维轻量化模型与圈阅工具的研究

为提高3维模型的传输效率和协同设计中的数据保密性，定义了一种支持协同的3维轻量化数据结构，引入了轻量化装配模型和轻量化零件模型，其中轻量化装配模型记录了模型的产品结构关系和各零件的装配位置，轻量化零件模型记录了模型的非精确显示数据和支持模型测量的精确几何数据及其关联。因为过滤原始3维模型中的非几何信息，轻量化模型的数据量约为原始模型的1／20。在系统实现方面，给出了3维轻量化工具的体系结构，研究了3维模型轻量化组件、可视化浏览器组件和可视化协同组件的开发。最后，在某汽车制造企业的产品数据管理系统中进行了实施，提高了3维环境下的协同设计效率。     

机械工程前沿研究在汽车轻量化中的应用前景分析

对后门上铰链安装板进行冲压工艺性分析,采用多工位级进模冲压生产。介绍了制件排样设计、模具结构设计及模具 关键零件设计。模具采用自动送料机构作粗定位、导正销精定位,保证了送料精度;凸、凹模镶块均采用镶拼式结构,便于维修; 材料选用DC53,提高了模具寿命和减少加工工序。目前,模具运行情况良好,产品质量稳定,达到了预期效果。