多学科优化设计在拼焊板车门轻量化中的应用

采用均匀拉丁方实验设计方法进行了样本数据设计,并且采用移动最小二乘响应面方法构建了拼焊板内板门系统的刚度、强度、侧碰安全性多学科系统的近似模型。利用连续二次规划优化方法对此近似模型进行了优化,将拼焊板内板焊缝线位置及各板件的厚度作为设计变量,在使车门系统的下垂刚度、强度及侧碰性能得到提高的同时,使得车门系统质量得到较大程度的减小。     

基于径向基函数神经网络的白车身减重优化研究

针对白车身变量多、性能响应复杂问题,在车身结构的板厚优化设计中引入近似模型方法,提高设计效率。以某轿车车身结构为轻量化设计对象,通过灵敏度分析确定优化设计变量,基于径向基函数神经网络近似模型进行全局优化,在不降低刚度和模态性能的情况下实现白车身减重目标。通过最优拉丁超立方试验设计构造样本点,用径向基函数神经网络法构造刚度和模态的近似模型,并用自适应模拟退火法进行优化求解。结果表明,径向基函数神经网络模型能较好地模拟车身结构刚度和模态响应问题,提高了整体的设计效率。通过有限元模型的验证,基于近似模型的优化结果精度较高,实例白车身减重达5.73%。     

多目标优化在新车型总体轻量化设计中的应用

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开发了一款跟原车型结构相似、整车尺寸加长加宽加高的新车型,将整车长度、整车高度、整车宽度及部分零件厚度作为设计变量,采用最优拉丁实验设计方法进行了样本数据设计,并且采用移动最小二乘响应面方法构建了白车身NVH、白车身关键区域强度及白车身质量等性能参数的多目标优化系统的近似模型,利用多目标遗传优化算法NSGA-Ⅱ(非支配解排序遗传算法)对近似模型进行优化。在满足白车身关键区域内强度、白车身NVH等约束性能的同时,追寻车内新增空间最大化,并实现了新车型的轻量化设计。 
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逐次替换响应面商用车驾驶室轻量化设计

采用SFE-concept建立驾驶室白车身隐式参数化模型,并对弯曲刚度和扭转刚度进行求解分析。通过灵敏度分析筛选出14个车身零部件的厚度、形状和位置作为设计变量;采用最优超拉丁方试验设计方法构建样本数据;对比分析响应面与逐次替换响应面近似模型的拟合精度,得出逐次替换响应面的拟合精度更高;采用粒子群算法,以质车身量最小为目标,约束静态弯扭刚度,进行优化设计,并对优化后结果进行验证,结果表明:在车身静态刚度性能基本保持不变的基础上,白车身质量下降17 kg,轻量化率为5.49%。     

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.     

基于响应面模型的白车身多目标轻量化设计

基于MSC/NASTRAN软件平台建立了某多用途汽车（MPV）白车身有限元模型。首先,利用相对灵敏度分析方法选取了19个白车身零部件壁厚作为轻量化设计变量;然后,采用拉丁超立方试验方法和一阶响应面模型方法建立白车身质量、弯扭刚度、一阶弯扭模态的近似模型,模型的复相关系值R2都接近1.0,模型精度高;最后,以白车身质量最小和扭转刚度最大为优化目标函数,弯曲刚度和一阶弯扭模态为约束条件,采用非支配排序遗传算法对白车身进行多目标优化。优化结果表明,轻量化后的白车身弯扭刚度、一阶变扭模态变化均小于1.0%,且在不改变用材的前提下,实现白车身减重6.4kg。     

白车身多学科轻量化优化设计应用

在白车身开发早期阶段引入结构轻量化思想,建立隐式全参数化白车身模型,通过多学科优化过程,找到白车身零件形状、尺寸、位置与厚度等各参数之间的最佳组合,以及满足系统各项性能要求的重量最优解,使白车身轻量化设计的潜能得到最大程度的发挥。根据白车身自身性能的特点对其分成不同的优化区域分别进行不同工况的优化,从而合理地安排设计变量和样本点数量,并对由试验设计得到的近似模型进行多学科的轻量化优化设计,有效地控制分析与优化时间,给车身设计提供指导。最终得到的白车身方案减重12 kg,减重率达到4.5%。同时利用方差分析方法,对各设计变量对性能的贡献量与主效应进行分析,掌握设计变量对刚度,模态、被动安全性能以及重量的影响规律。     

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%。     

电动车辆白车身灵敏度分析及优化

在设计电动车辆白车身时,为了在保证刚度和模态性能的同时降低车身重量,可以通过以电动车辆白车身的钣金件厚度为设计变量,以刚度和一阶模态为车身性能约束指标,以板厚的变化范围为边界约束指标,得到刚度和一阶模态对钣金件厚度的灵敏度,进而调整钣金件的厚度,对车身进行优化。研究结果表明,在不影响车身性能的前提下可以实现白车身的轻量化,同时节约了生产成本。     

大客车车身骨架多学科协同优化设计

对某全承载大客车车身骨架结构进行包括轻量化、刚度、强度、振动模态和翻滚的多学科设计优化,以提高客车的综合性能.为克服客车翻滚分析的高度非线性带来的寻优困难,并解决结构有限元分析的低效问题,建立各学科的近似模型.首先建立大客车车身结构有限元模型,其中刚度、强度以及振动模态分析由Msc.Nastran完成,翻滚分析由显式动力学软件Ls-dyna完成.其次结合工艺要求和灵敏度分析结果,选择出各学科的设计变量,用优化的拉丁方方法完成试验设计.在此基础上,采用响应面方法建立各学科结构响应的近似模型.建立客车车身骨架结构的多学科优化模型,并用协同优化方法求解.结果显示,优化后的设计方案在轻量化、刚度、强度、模态振动和翻滚安全性方面均优于原设计方案.     

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。     

轻型客车车身结构评价方法及应用

提出轻型客车车身结构性能的评价方法,评价内容包括白车身的刚度与强度、模态、安全带固定点强度、整车前后碰撞安全性能等方面。以某轻型客车为例,采用提出的评价方法,分析轴距加长对客车各方面性能的影响,为轻型客车车身结构设计的改进方向提供依据。     

白车身质量块安装点动刚度分析与优化

建立了某A级车白车身的有限元模型,对白车身的各质量块安装点分别进行动刚度分析,得到质量块安装点的源点加速度响应(IPI)曲线,并且判断出动刚度相对较小的频率段。通过对IPI曲线峰值产生原因进行分析,分别选择尺寸优化和拓扑优化的方法对质量块安装点的动刚度进行优化。结果表明,采用尺寸优化和拓扑优化的方法进行优化设计可提高质量块安装点的动刚度。     

基于均匀化循环理论的车身焊点布局优化方法

提出一种基于焊点间距参数化的焊点布置优化方法,首先采用均匀分配理论建立几个不同焊点间距布置的有限元模型,进而根据循环迭代原理确定基于焊点等间距分布的迭代形式,并进行分析求解,最后以白车身刚度和车身关键区域最大应力值为约束条件,以焊点数量最小为设计目标,对焊点布置方案进行优化。该方法既保证了车身结构的性能要求,又保证了焊点均匀分布,提高了优化设计结果的工程实用性。     

轿车白车身有限元模型修正研究

有限元模型与实际结构的一致性影响着CAE分析的可靠性。以典型点焊薄板件为例,分别采用刚性梁单元和等效板两种方式对结合面连接刚度进行了修正方法研究,并将研究方法成功应用于某轿车白车身的有限元模型上。修正后有限元模型的分析结果与试验结果基本一致。     

基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法

结合等效静态载荷的思想,提出了一种基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法,该方法引入专家系统,同时以车身造型和总布置参数为输入条件,从而使得到的拓扑优化结果尽可能满足工程实际要求。以某MPV的白车身传力路径规划为研究对象,对其进行考虑多种碰撞工况、顶压、多种刚度工况等的多学科拓扑优化方法研究,结果表明,基于渐进空间拓扑优化技术生成的车身拓扑优化结果能很好地满足工程设计要求,具有较高的工程实用价值。     

HyperWorks在汽车白车身模态分析中的应用

以国产某小客车白车身为研究对象,利用HyperWorks软件,建立了以壳单元为主的白车身有限元模型,分析了影响白车身模态的主要因素。针对白车身的前8阶模态,将分析结果与模态试验进行了对比,结果误差可控制在10%以内。这为白车身的动力学响应分析提供了重要的模态参数,并为白车身结构的改进设计提供了理论基础。     

基于双层规划的白车身结构优化

在单次优化中,具有高维设计空间、多形态变量的优化易求解困难。因此将其分解成低维、单一形态变量的多层次优化。若优化分为双层次,上、下级相互依赖、相互作用、共同决定响应,即为双层规划问题。但是,双层规划令下级在上级的决策环境中寻求最优解,本质上求解困难。为此,通过上、下级间的迭代进行求解。为提高白车身性能并实现轻量化,应同时优化截面形状和板件尺寸。复杂截面形状的参数化引用网格变形技术,易引起板件穿透和单元质量差,进而导致单次优化的重分析失效而终止迭代。因此基于近似模型优化截面形状。然而,尺寸优化为实现轻量化而增加设计变量,随设计空间维数的提高响应面模型的采样点成倍增加、拟合精度急剧下降。因此采用Nastran Sol200优化的方法。根据截面形状和板件尺寸优化的特点,将双层规划法引入白车身结构优化,解决了优化求解困难的问题,同时有效提升其静态刚度、模态频率和实现轻量化。     

径向力和弯矩联合作用下滚子轴承的刚度计算

滚子轴承在径向力和弯矩联合作用下的承载情况极为复杂，其刚度计算也更为困难。为了建立我国航空发动机滚子轴承的寿命评价体系，在考虑弹性流体动力润滑状态的情况下，提出了航空发动机高速滚子轴承的一种实用刚度分析方法，利用该分析方法对某航空发动机主轴承在复杂载荷作用下的刚度特性进行了分析。实例计算验证了理论分析的正确性。