基于逐步回归模型的汽车碰撞安全性多目标优化

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车工业的重要研究内容。面对传统优化方法难以找到汽车结构耐撞性问题多目标参数最优解的难题,在汽车结构碰撞安全性问题的研究中,结合试验设计、响应表面模型和有限元仿真程序提出一种基于逐步回归模型的多目标优化设计方法。利用该方法对以汽车前端结构的加强件作为设计变量,以整车质量、脚踏板在碰撞过程中的侵入量和整车碰撞加速度积分值作为目标函数的汽车100%正面碰撞以及40%正面偏置碰撞的多目标优化问题进行仿真优化研究,结果表明该方法对于汽车结构碰撞安全性的优化具有明显的效果。     

轿车前保险杠碰撞性能多目标优化

在汽车保险杠碰撞问题研究中,完全压溃可以反映出保险杠碰撞中吸收的最大能量。本文建立了碰撞过程中保险杠吸收能量最大化、质量比吸能最大化、X方向最大形变量最小化以及初速度衰减时间最小化的多目标优化问题。以保险杆横梁厚度,左右加强板厚度,吸能块内外壁厚为设计变量,利用有限元软件LS-DYNA软件得到不同设计变量的压溃信息,通过响应面法构造近似目标函数,在各自响应面上寻找最优值,并利用理想点法求解多目标优化问题的有效解,最终完成了轿车前保险杠的碰撞多目标优化设计。     

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。     

基于耐撞性的汽车多腔结构吸能盒轻量化设计

为了在保证耐撞性的前提下实现汽车吸能盒的轻量化,通过有限元碰撞仿真对比确定了符合要求的吸能盒结构,并采用基于近似模型的优化方法获得了性能最优的多腔结构吸能盒设计方案.首先建立了多种截面形状吸能盒的有限元模型,使用有限元软件进行了碰撞仿真分析.通过对单腔结构吸能盒与不同截面的多腔结构吸能盒的碰撞性能进行评价与决策,确定了符合要求的吸能盒截面形状.其次对此截面吸能盒的内外壁厚进行试验设计,拟合了碰撞性能参数的响应面模型,建立了以吸能盒内外壁厚作为设计变量,以比吸能最大作为目标函数的数学优化模型,并进行了优化设计.结果表明,采用该方法得到的最优方案能够在保证碰撞安全性的基础上实现多腔结构吸能盒的轻量化设计.     

基于耐撞性拓扑优化的防撞垫吸能盒稳健性设计

为了提高防撞垫吸能盒的耐撞性,首先,依法规建立正碰,斜碰,偏碰和正侧碰四种工况的车辆-防撞垫有限元模型,运用元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,分别在横向和纵向拉伸约束下对吸能盒进行拓扑优化,优化结果表明:纵向拉伸约束下得到的梁式拓扑构型不同于横向拉伸约束得到的桶式拓扑构型,其中纵向拉伸约束下的梁式拓扑构型耐撞性更优;其次,考虑设计变量不确定因素对耐撞性目标响应的影响,结合田口方法和满意度函数对新型梁式吸能盒进行多目标稳健性优化设计。结果表明,优化后的吸能盒的加速度为106. 6 m/s~2,小于200 m/s~2,安全性能良好;比吸能为2. 54 kJ/kg,较优化前提高32. 8%;总满意度提高30. 4%,稳健性显著增强。     

基于鲁棒性的概率优化设计在薄壁构件耐撞性中的应用

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车工业重要的研究内容。耐撞性的优化涉及材料与结构的众多参数，传统的确定性优化设计、碰撞仿真及实验往往只能在一定程度上改善结构的碰撞性能，而无法评估设计参数的可靠性和目标函数的鲁棒性，以及在给定可靠性约束条件下使目标函数的鲁棒性达到最优状态。将实验设计、响应面模型和蒙特卡罗模拟技术相结合，构造了基于产品质量工程的6σ鲁棒性优化设计方法，实现了对设计目标的优化，并提高了设计变量的可靠性和目标函数的鲁棒性。     

基于序列响应面法的汽车结构耐撞性多目标粒子群优化设计

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是一个涉及到多变量、多约束和多目标的优化过程.为克服常规响应面法在整个设计空间进行逼近导致精度低和传统的单目标优化设计只能针对其中的一个目标进行优化的缺陷.提出采用逐次逼近方法,通过移动、缩放等方式在设计空间中不断更新兴趣域,在不同的兴趣域中将试验设计、能代表实际碰撞过程精度较高的近似模型和多目标粒子群优化算法相结合,获得一组最小化各目标函数的非劣解.利用最小距离选解法快速有效地从非劣解集中挑选出一组耐撞性效果最好的解并以此解作为下一迭代步兴趣域的中心,直到收敛至最优解,最终优化解的各个目标函数值均得到提高.数字算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性.     

耦合碰撞工况下的车辆前部结构耐撞性优化设计

针对两种耦合正面碰撞工况在耐撞性优化时相互影响的问题,将两种工况的设计变量和优化模型进行统一,建立多目标优化模型并进行优化。首先以两种正面碰撞所涉及的主要部件厚度为变量,选取了每个工况下能够体现整车耐撞性能的参数为目标;然后以两个碰撞工况下的加速度峰值和整车吸收的最大能量为目标函数,以车辆前部7个部件总质量和A柱的侵入量为约束函数,建立两种正面碰撞工况耐撞性优化的数学模型并进行精度验证;最后,在结构轻量化约束条件下,结合多岛遗传算法和非支配排序遗传算法对车辆前部部件进行耐撞性优化设计。对比优化前后结果表明:各个耐撞性优化目标均有一定程度的改善,有效地提高了车辆在两种工况下的耐撞性,为耦合碰撞工况要求下的结构设计提供了一种设计参考。     

基于非线性拓扑优化的汽车变厚度保险杠耐撞性设计

结合非线性拓扑优化方法和连续变厚度轧制技术对汽车保险杠横梁进行了耐撞性设计。推导了基于板壳厚度插值的非线性吸能灵敏度公式,并把灵敏度约束在轴向与周向上。应用该方法对三点弯工况下的保险杠进行优化设计,最终确定了保险杠的厚度分布。优化结果表明,等质量情况下,对比均匀厚度的保险杠,具有连续变厚度（TRB）结构的保险杠吸收能量值平均提升了近30%。     

基于仿方竹结构的薄壁管耐撞性分析及优化

薄壁金属管是发生碰撞时为安全性所设置的关键吸能构件.为了提高薄壁管结构的耐撞性,结合方管的易安装性和圆管的稳定性,基于方竹结构对薄壁管截面进行耐撞性分析和仿生优化设计.通过对方竹结构的原型分析,利用ABAQUS搭建了仿方竹结构薄壁管有限元分析模型,在对模型进行试验验证的基础上,以壁厚、肋长为研究参数对仿方竹薄壁管耐撞特性进行了仿真分析.在此基础上,采用全因子试验设计方法来构建响应面模型,以比吸能和初始峰值载荷为目标函数,运用多目标粒子群优化算法进行优化求解并获得最优解的Pareto集.研究结果表明:仿方竹结构薄壁管有较好的耐撞性和稳定性,壁厚0.892 mm、肋长2.995 mm为仿方竹结构的最优解,此时初始峰值载荷和比吸能分别为10 kN和7.936598 kJ/kg.研究结果对薄壁管的结构设计和尺寸优化具有重要意义.     

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COPRAS方法的汽车保险杠多工况耐撞性能研究

考虑汽车低速碰撞中的,使用复杂比例评价方法(COPRAS)对不同截面构型的汽车保险杠的耐撞性能进行综合评估与研究。首先,分别在对中碰撞和角度碰撞工况下,建立等质量的六种不同防撞梁截面构型的保险杠的有限元模型并进行仿真分析,选取碰撞加速度、碰撞时间、保险杠最大变形量和保险杠系统吸收能量为评价指标,然后,使用COPRAS评价方法对六种不同防撞梁截面构型的保险杠的综合耐撞性能进行评估,最后,得到具有最优综合耐撞性能的保险杠设计并进行耐撞性能分析。由此得出,COPRAS方法可以高效、合理地用于汽车保险杠的安全设计。     

基于响应面法某轿车后纵梁支架结构优化

针对某轿车追尾碰撞试验中后纵梁支架的耐撞性优化问题,运用中心复合试验方法合理分布试验点,并结合最小二乘法建立了以三对吸能槽位置为形状变量的刚性墙最大位移、撞击力峰值的响应面模型。采用遗传优化算法对响应面模型进行了优化计算。结果表明,在不影响后纵梁总成和车身其他结构的条件下,优化后的后纵梁支架有较好的吸能槽位置排布,其耐撞性有了显著提升。该优化方法能用较小的计算成本来有效预测和指导工程实践中产品的耐撞性设计,在车身结构和汽车零部件的耐撞性设计中具有一定的实用与推广价值。     

基于管件液压成形工艺的汽车吸能盒改进设计及成形分析

汽车吸能盒是整车重要的缓冲吸能结构。管件液压成形零件具有重量轻、刚度和强度高、耐撞性能好等优点,设计管件液压成形吸能盒替代原始冲压吸能盒。采用数值模拟方法分析吸能盒吸能性评价指标,比较管件液压成形吸能盒与冲压吸能盒缓冲吸能的性能。设计吸能盒的管件液压成形加载路径,通过成形分析得到加载路径对吸能盒的壁厚分布影响较大。故以吸能盒成形后的最小壁厚最大化作为优化目标,选取加载路径上的压力控制点作为设计变量,采用部分因子方法设计试验,然后采用克里格空间局部插值法构建近似模型,最后利用遗传算法求解得到优化后的加载路径,成功增加了吸能盒成形后的最小壁厚。     

基于侧碰的梯度性能热成形B柱抗撞性能优化

基于动力显式有限元算法,以侧碰过程中B柱的吸能量-EA和最大侵入量Dmax为评价指标,对比分析热成形强度梯度分布及厚度梯度分布对零件抗撞性能的影响。进一步,基于径向基函数建立梯度性能热成形B柱的侧碰代理模型,并采用NSGAII遗传算法分别对两种梯度性能B柱(强度、厚度)进行多目标优化设计,获得了梯度性能热成形B柱帕朗特前沿解集。结果表明:优化后的梯度强度及梯度厚度热成形B柱的抗撞性能相较于原始工况有显著提高,且梯度厚度B柱比梯度强度B柱具有更大的可设计空间,结合多目标优化结果可进一步提高车身零部件的综合抗撞性能。     

基于耐撞性的车身轻量化设计

耐撞性的分析一般都是以板厚尺寸为变量,文中增加了截面形状变量对车身耐撞性影响的研究。首先,分析某型车初始正面全宽耐撞性能并对比试验进行标定;其次,依据前舱结构的比吸能筛选变量并进行参数化和试验设计;最后,为了提高耐撞性优化的效率,通过拟合Kriging近似模型,采用多岛遗传算法进行优化。优化结果表明:通过优化车身关键结构的截面形状和板厚,使得B柱峰值加速度和主要吸能梁结构的质量分别改善了1.23%和15.51%。     

纯电动汽车尾部耐撞性优化设计

针对纯电动汽车尾部耐撞性要求,采用结构拓扑优化和正交试验设计相结合的方法,以国内某款纯电动汽车为实例,通过建立车尾拓扑优化模型,有限元模型,尺寸优化模型,在满足碰撞安全性法规前提下,以实现最优整车加速度和汽车尾部吸能区吸能量为两个优化目标,对纯电动汽车尾部进行优化设计,最终得出合理的优化构型,实现对电动汽车尾部耐撞性的优化设计。     

车辆前端吸能部件多目标耐撞性遗传优化

车辆耐撞性是一个涉及多因素的强非线性问题,而传统响应面模型柔韧性又不足.为克服传统响应面法在拟合车辆耐撞性问题输入与输出之间的映射关系所带来的不精确性和耗时性,这里通过建立一个经试验验证准确性的耐撞性仿真模型,提出采用均匀设计法来提高车辆耐撞性仿真试验的代表性并减少仿真试验次数.通过采用一个具有良好韧性的三层神经网络来拟合车辆耐撞性问题输入与输出之间的映射关系,并基于多目标遗传优化算法NSGA-Ⅱ,得到了一组以峰值加速度、B柱最大位移以及吸能比为耐撞性指标的Pareto解集.优化结果显示,所提方法能够高效、精确的完成车辆耐撞性优化.     

基于高强度钢选型及成本控制的车顶结构耐撞性优化设计

针对高强度钢在车身结构设计中的应用成本与效率问题,提出一种车顶结构耐撞性设计方法,并对某车型进行优化设计。首先进行全局灵敏度分析,筛选出影响车顶强度的主要承载部件;然后将高强度钢的选型作为离散设计变量,厚度作为连续设计变量,同时对材料成本和总质量进行约束,建立车顶结构耐撞性优化的数学模型;最后,采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对主要承载部件进行优化设计。结果表明：在部件总质量和材料成本的控制下,车顶承载能力提高18.53%。该方法为高强度钢在车顶结构耐撞性优化设计中的应用提供了一种选型参考。     

铝制多胞吸能盒多目标优化设计

在验证仿真方法有效性的基础上,建立了含三种不同形式多胞吸能盒的台车正碰模型.通过100％正碰仿真,分析了不同截面形状吸能盒的吸能效果、压溃性能及压溃力峰值.采用全因子实验设计方法完成了正交试验,并确定九胞吸能盒作为后续研究对象,探究壁厚对吸能盒耐撞性影响,采用神经网络模型构建了代理模型,再用NSGA-Ⅱ遗传算法完成了多目标优化设计.优化后的九胞吸能盒,压溃吸能量得到提升,压溃力峰值水平降低,且实现了轻量化.