基于复杂工程约束的车身梁截面优化设计

通过对车身梁截面设计约束问题的研究,将车身薄壁梁截面形状优化设计问题和截面的材料、厚度等离散参数优化问题耦合起来。以工程设计中的可装配性和可制造性为设计约束,建立车身梁截面多目标优化方法。该方法以车身梁结构性能、成本、质量为目标,通过对梁截面形状进行独特的编码,实现以梁截面的形状、厚度、材料为设计变量的多目标优化模型,该模型采用NSGA-II遗传算法实现了多目标优化问题计算。基于该方法实现相应的软件模块并建立材料参数与厚度数据库。实例证明,该方法既可用于车身概念设计阶段确定满足设计目标且符合工程要求的梁截面形状参数,也适用于详细工程设计阶段对现有车身截面进行局部优化以增加车身刚度和减小部件质量。     

薄壁梁结构的电动汽车车身刚度正向设计方法

汽车车身骨架结构由薄壁梁构成，因此将薄壁梁理论运用到车身正向开发设计中。改进文献中的车身刚度设计方法，推导了包括双力矩和翘曲函数等在内的薄壁结构的14个状态向量与15个截面属性之间的力学关系；建立了包含主断面属性的车身梁单元刚度分析模型和以车身接头为耦合点的整车刚度链力学模型。通过对比相同模型的有限元分析结果以及文献中的刚度链计算结果，验证了提出的薄壁结构车身刚度计算方法的合理性。最后，以车身弯曲和扭转刚度为约束条件，以车身质量为目标函数，运用遗传算法进行求解，得到了比对应文献更好的车身轻量化设计效果。     

基于灵敏度分析的商用车驾驶室白车身轻量化设计

为了提高商用车前期设计阶段的工作效率,在商用车白车身设计的概念阶段引入隐式参数化建模思想。使用SFE-CONCEPT软件建立某商用车驾驶室白车身隐式参数化模型并对该模型进行实验设计分析,录入白车身63个零/部件的厚度数据作为设计变量的筛选基础,分析其对模态、刚度和质量的灵敏度,并定义相对灵敏度,选出对质量影响较大的零/部件进行优化。获得了白车身弯曲刚度和扭转刚度分别降低了1.9%和1.5%,白车身1阶弯曲模态和1阶扭转模态频率分别提高了7.2%和6.5%,车身质量减轻了18 kg,轻量率达6.06%的优化结果,有效地实现了轻量化目标。     

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%。     

基于灵敏度分析的白车身结构轻量化设计

建立了白车身有限元模型,并用模态实验验证了模型的正确性,利用有限元法分析了该模型一阶扭转模态频率灵敏度和车身质量灵敏度,选取相对灵敏度绝对值较大的车身板件作为轻量化设计变量,以白车身质量为优化目标、一阶扭转模态频率为状态变量进行优化,优化后白车身质量降低10.5kg.     

基于6σ稳健设计的轿车侧碰车身B柱轻量化研究

考虑不确定性因素的稳健设计是提高轿车设计中结构可靠性与碰撞安全性的有效途径。传统的轿车车身优化设计,由于忽略加工、制造和环境等不确定性因素,导致设计目标如碰撞性能或者轻量化效果不稳健。研究了考虑不确定性因素干扰下的6σ稳健性设计,以某轿车侧面碰撞为实例,首先根据相关碰撞法规建立了准确的有限元模型并进行了验证,然后在建立了确定性优化模型以及代理模型后,采用序列二次规划算法求得了最优解并进行可靠性分析,最后采用6σ稳健性设计方法对原车身B柱进行了轻量化研究和改进并与确定性优化结果以及原车身B柱进行了对比分析。分析结果表明,优化后的轿车车身B柱碰撞工况下性能稳健性得到全面的提高,且质量相比于原车身B柱减小了3.2%。     

基于概念开发及轻量化结构的车身零件板厚设计优化

在概念开发阶段利用灵敏度分析法,基于轻量化设计对车身零件板厚进行的设计优化,可以在参数化模型上规划车身早期设计中的零件板厚尺寸方案,避免进入后续车身详细设计阶段的盲目性,节省车身整体开发时间。针对实例SUV车型在概念开发阶段,以质量不变、整车扭转刚度提升为目标进行了零件板厚的设计优化。通过设计优化总结出实例SUV车型概念开发阶段零件板厚设计的一般准则,归纳了进行厚度增减设计的零件分布及其增减的权重,为后续设计和其他同类车型的开发提供设计参考依据。     

基于单位质量灵敏度的重卡驾驶室白车身轻量化研究

建立某重卡驾驶室白车身的轻量化有限元模型,并对其进行了有效性验证。选取车身上有优化空间的钣金件作为设计区域,以设计区域质量最小作为优化目标。在保证车身刚度和模态性能指标的前提下,提出一种能量化性能指标对轻量化程度的单位质量灵敏度方法,用此方法优化钣金件的厚度大小并进行修正。最后,通过模态、刚度以及碰撞安全等性能指标验证优化后的数据。结果表明:轻量化后的驾驶室总质量降低了14.1 kg,所考察的性能均有所提高,满足设计要求,实现了对驾驶室白车身质量的优化,减少制造成本。     

考虑NVH性能与碰撞安全性的轿车车身轻量化设计

建立某国产轿车车身有限元模型,在考虑车身的模态、刚度、车内声压以及多种碰撞工况的前提下,以车身结构质量最小化为目标,以车身的相关部件的厚度为变量,在进行最优拉丁超立方采样的基础上,运用Kriging近似建模技术建立近似模型,采用改进的粒子群算法求解其最优解,建立了综合考虑NVH性能和碰撞安全性的车身轻量化设计方法,在满足以上性能的情况下,达到了减重10.3%的效果,为开展车身多学科优化设计研究提供可借鉴的方法和途径。     

轿车前风窗洞口变形优化研究

对某轿车白车身建立有限元模型,并对其进行模态和刚度分析,在此基础上选取板件厚度为设计变量,在满足质量要求的条件下,以前风窗洞口变形量为优化目标对其进行优化分析,并验证了新模型进行模态和刚度,得到了符合设计要求的改进方案.     

面向正向概念设计的车身T型接头快速优化

在车身概念设计阶段,提出了面向正向概念设计的T型接头的快速优化方法。该方法不依赖CAD模型,直接利用接头截面信息,快速建立由隐式参数驱动T型接头更新的全参数化模型,并建立了自动的T型接头多目标优化流程。以某车型B柱下接头为例,在满足强度、刚度要求的约束条件下,快速设计出以侧面碰撞性能和质量较优为目标的T型接头结构。优化结果根据冲压工艺和造型要求进行适当调整后,应用到实车中。     

电动汽车车身的回传射线矩阵刚度链分析方法

基于LifeDrive纯电动汽车模块化结构形式,通过拓扑优化得到一款纯电动汽车车架结构;建立了基于梁单元的车架结构回传射线矩阵计算模型;由模型得到车架梁单元尺寸以及车身与车架之间的多个耦合力,以更合理的刚度链方法优化了车身简化模型的主断面参数;利用有限元方法计算了车身与车架的承载度。结果证明设计的车架与车身结构满足目标承载度和刚度性能的要求,该方法为非承载式电动汽车车身及车架的概念设计提供了参考。     

自动气象站机械设计的探讨

自动气象站的机械设计主要是根据机械的基本结构形式进行设计。其设计一方面要满足总体对机械结构的功能要求,另一方面要配合电气和产品质量特性的设计,如环境适应性设计、电磁兼容性设计、安全性设计等,以确保达到这些质量特性目标。本文针对自动气象站的特点论述对机械设计的基本要求,把基本要求分成功能设计、质量特性设计、改进设计三个层次,以达到不同目标。重点论述机械设计与质量特性设计的配合,最终达到自动气象站的总体设计目标。     

某纯电动汽车后减震器座安装点刚度分析及优化设计

在某款纯电动汽车的设计开发过程中,为满足驾驶稳定性、舒适性及整车安全要求,使车辆能够在复杂的路况下实现安全及平稳的行驶,针对该款车型存在后减震器座Y向刚度不足的问题,利用CAE软件建立含后减震器座安装点的白车身有限元模型,并进行刚度分析。根据CAE分析结果提出优化方案,再对优化方案进行刚度分析,最终找出能够有效提高后减震器座安装点刚度的最佳方案。该方案不仅可以满足性能要求,节约产品开发成本,缩短产品开发周期,而且为后减震器座结构改进和优化设计提供参考。     

公差稳健优化设计的研究

为了解决产品加工成本与质量稳健的协调性问题,提出了一种新的公差稳健优化设计数学模型.依据公差稳健设计的思想,考虑产品质量的模糊性,以封闭环误差分布概率密度函数的方差和优质品概率之比为设计目标,建立了公差优化设计产品质量稳健性损失成本目标函数,并研究了优质品率和封闭环误差分布方差的确定方法.以加工成本和产品质量稳健性损失成本为目标,以模糊装配可靠度、可取公差极限范围为约束条件,建立了公差多目标优化数学模型.举例说明了文中所述的公差稳健优化设计方法的应用,采用遗传算法实现了公差的多目标优化设计.实例表明,该方法能够协调零件的加工成本和产品质量的稳健性损失成本,使优化指标的综合性能最佳.     

基于质量功能展开的特钢产品多工艺方案增量设计方法

分析了特钢产品客户特殊需求的特点及其对传统模块化产品和工艺设计的影响.针对客户特殊需求的不断多样化和个性化的现状,基于质量功能展开原理,建立了特钢产品多工艺方案增量设计质量屋模型.在常规需求模块化设计的基础上,应用混合推理方法,实现了特钢产品客户特殊需求向工程属性和质量特性的映射.利用线性加权法对增量设计中各可行工艺方案进行了综合评价,并按照质量屋的瀑布式分解过程,将产品规划依次映射到工艺链规划、工序规划和质量规划中.该方法实现了应对动态变化的特钢生产环境的多工艺方案增量设,形成了有效的产品和工艺设计阶段的质量控制方案.     

面向细分市场的产品族规划方法及应用

为有效实现产品多样化和大规模定制,研究了概念设计阶段产品族的规划方法.鉴于客户对产品品质的需求及适应动态多变市场的需要,提出了为细分市场设计产品族的观点,定义了符合细分市场需求的产品族的规划范围和内容,探讨了根据客户对细分市场产品品质的总体要求,获得具有一定竞争优势的产品族最优规划方案的系统化方法.通过规划家用轿车这一具有复杂功构对应关系的产品实例,验证了该方法的有效性和实用价值.     

电动汽车动力系统参数多指标稳健设计方法

为降低行驶工况的波动对整车经济性能的影响,提出基于多因素行驶工况的动力系统部件参数多指标稳健设计方法。以工况能耗、工况续驶里程和部件成本建立综合经济性能指标函数,以电池、电机和传动系参数为控制因子,以行驶工况的关键因素作为噪声因子,建立动力系统参数稳健设计的数学模型。基于Modelica建立整车性能仿真模型,并构建工况仿真的径向基函数响应面模型。采用概率方法描述行驶工况的不确定性,制订试验设计方案对动力系统参数进行稳健设计。以EVBus进行实例计算,基于蒙特卡罗分析表明稳健设计方案的综合性能指标函数的均值及方差均得到有效改善,表明了研究方法的有效性。     

车身动态刚度链建模及正向概念设计研究

提出了车身正向概念设计流程,由车身A级面及整车总布置方案建立了车身简化几何模型,确定了22个车身主断面位置,并以主断面属性为设计变量,基于梁单元理论与传递矩阵法得到模态坐标系下的车身动态刚度链数学模型,建立了主断面属性与车身固有频率的关系。以车身轻量化为目标函数,以车身静刚度与固有频率为约束条件对车身进行优化,采用遗传算法求解,确定优化后的各主断面属性参数。通过对比近似标杆车的静刚度与模态分析结果验证了动态刚度链设计方法的可行性。